自2010年以来，荷斯坦公牛的每年净价值提高83美元，该增长是前基因组时代的六倍。今天的青年牛比以前的几代有更高的遗传价值，而且还可以进一步提升。
自从20世纪50年代引入低温冷冻公牛精液技术以来，牧场一直在使用人工授精（A.I.）来改善后代遗传品质，并通过将成年公牛从牧场中剔除来提高安全性。在随后的60年里，遗传改良的步伐并没有明显加快，因为优秀公牛后裔测定需要6到8年的时间来完成。
2008年，当基因组学被引入时，这一切都改变了。基因组学，将单个动物的DNA与整个种群的表型表现进行比较，减少了世代间隔，准确性误差最小，这也提高了父系的选择强度。
虽然有几个指标跟踪遗传进展，但使用综合选择指数，如净价值（NM$）排名是在所有奶牛主要品种中采用最普遍的，因为它将40多个性状结合在一起，考虑了生产、健康、寿命、饲料转化效率指标和体型外貌，并以美元为基础进行衡量。NM$指数由美国农业部动物基因组学和改良实验室（AGIL）的遗传学家制定，并由奶牛育种委员会（CDCB）公布。
一个巨大的飞跃
在后裔测定阶段，从2000年到2004年，荷斯坦公牛的平均遗传净价值为每年13.50美元，如图1所示。这意味着，在连续的一年里，40个性状的组合综合成绩，新一代的公牛将比前一年多13.50美元的利润。根据CDCB科学家George Wiggans的计算，由于各种原因，从2005年到2009年——在引入基因组学之后的收益达到了每年36.90美元。
图1. 市场上公牛的净价值情况
Source: George Wiggans, CDCB
到2010年，也就是基因组检测在美国商业化牧场实施仅仅两年后，基因改良实现了飞跃，从2004年至2009年的每年36.90美元，到2010年至2022年的每年83.33美元，增长了一倍多。与基因组学出现之前的几年相比，该增长是其六倍，或者每年每头牛多增加了70美元。
这一深刻的发展极大地提高了乳制品的可持续性。随着时间的推移，新一代荷斯坦公牛进入人工授精时代，产生83.33美元的综合收益，提高了与可持续性相关的指标，包括更多的牛奶产量、更好的健康状况、更长的寿命、更好的饲料转化效率以及其他经济上重要的性状。
这是一个可持续发展的故事，因为由此产生的后代以更少的投入提供更多的产量。在记录这个故事时，荷斯坦品种起到了一个很好的领头作用。因为在美国进行的所有基因组检测中，有89%的是荷斯坦品种。总体而言，基因组检测可用于五个主要的奶牛品种，其中娟姗牛品种占所有检测的10%。
基因组检测
基因组革命本身就是一个令人印象深刻的突破。然而，将最近的一个太阳能项目与世界上最大的人工授精公司之一进行比较，可以更清楚地看到基因组学在经济上的重要性。
ABS Global及其母公司Genus最近在威斯康辛州建造了一系列新畜舍，可容纳480头公牛，并安装了太阳能电池板，为该综合设施发电，其中包括一个制造性控精液的实验室。牧场采用性控精液，部分牛只就可以使用肉牛精液，以减少后备牛数量，并增加收入。在可持续性方面，研究表明，奶公犊的效率接近肉牛的水平，甚至更高。根据德克萨斯理工大学Dale Woerner的研究，这些奶公犊将饲料转化为牛肉的效率比荷斯坦阉牛高30%，并且需要饲喂的天数更少。这减少了碳足迹，减少了甲烷排放。
ABS Global发现，太阳能电池板在10年内为该设施发电所节省的碳总量，还不到480头公牛未来后代基因进步一个月所节省的碳量。
ABS Global的工作人员使用Alliant Energy的数据来确定该设施在10年内的能源需求，然后计算出太阳能电池板的碳排放量（以公吨为单位）。为了确定公牛后代的遗传增益，将每年83美元的NM$增益除以12个月，那么每月的净增益则为7美元。在给定月份生产的后代中，该增益成倍增加。这种基因增益及其可持续性的故事，是通过更多的产量、更好的健康和更长的奶牛寿命来衡量的。
生产收益是真实的
为了用真实的奶牛表现来验证基因组检测的结果，宾夕法尼亚州立大学的Chad Dechow绘制了荷斯坦奶牛在基因组前和基因组后时代的乳脂和蛋白质产量。从2000年到2009年，乳脂产量每年提高0.46%，每年出生的荷斯坦奶牛的乳脂产量从每头932磅（约419kg）增加到976磅（约439kg）。在基因组时代，乳脂产量的年增长率跃升至1.75%。从2010年到2021年，乳脂实际产量从1005磅（约452kg）增加到1216磅（约547kg）。
蛋白质的生产也发生了同样的变化。从2000年到2009年，美国荷斯坦奶牛的蛋白质产量从763磅（约343kg）增加到807磅（约363kg），同比增长0.56%。基因组学的年增长率增加了一倍多，达到1.23%，蛋白质产量从2010年的821磅（约369kg）增加到2021年的942磅（约424kg）。
最重要的是，在基因组学开始的时候，美国奶牛群有930万头奶牛，大约14年后增长不到1%。然而，与2008年相比，全国奶牛群的牛奶产量增加了19.2%，乳脂产量增加了32.2%，遗传和更好的饲养管理都做出了重大贡献。
奶牛方面的影响
虽然对公牛的影响是巨大的，但随着每年接受基因组检测的母牛越来越多，母牛上也开始取得大幅遗传进展。从2008年到2015年，美国乳制品行业通过CDCB收集 100万次基因组检测数据，整整花了7年时间。然后，到2017年7月，只花了26个月的时间基因组检测数据就累积到了100万次。
自2020年以来，只用了不到12个月的时间，基因组检测就能累积100万次。到2023年8月，CDCB收集到了800万次的基因组检测。如今，惊人的是，93%的基因检测是在母牛身上进行的。据估计，美国的犊牛每年有20%到25%的比例会进行基因组检测。不断收集新的数据，使奶牛成为地球上被研究最多的家畜。当然，这1.23亿的表型是运行基因组检测引擎的燃料。
基因改良会达到极限吗?
根据2024年1月AGIL高级研究遗传学家Paul VanRaden的计算，我们甚至还离得很远。从基因组数据库中的700万头荷斯坦中选取最优秀的单倍型（基因），最佳组合的NM$将达到5772，如图2所示，目前市场上最高的荷斯坦公牛NM$1482美元与这个数字相差甚远。考虑到这些数字，距离培育出完美的荷斯坦奶牛，只完成了24%，未来的基因改良还有很大的空间。
图2. 基因超级牛还没有出现
这个分析只考虑当前的情况，基因组学可以识别出有助于减少甲烷产生和碳足迹的新性状，最近的“饲料节约”性状只是冰山一角。
