开发能够抵御较高夜间温度的水稻已成为育种者的关键优先事项，因为研究表明主要水稻生产区域的夜间温度正在升高。阿肯色大学农业系统部门作物、土壤与环境科学的植物生物技术教授Vibha Srivastava在其题为《克服高温：水稻高夜间温度耐受性育种、基因组学与基因编辑》的文章中讨论了水稻育种及基因编辑在夜间热耐受性方面的潜力，该文章发表于《植物生物学当前观点》2023年12月期。
水稻在白天可以承受高温，但夜间降临时需要更凉爽的温度。
随着研究表明主要水稻种植区夜间温度升高，创造能够耐受夜间温度升高的水稻品种变得越来越重要。
在美国，阿肯色州大约产生了全国一半的水稻，特别是来自三角洲地区。根据美国农业部经济研究服务部的数据，大约有140万英亩这种养活全球超过一半人口的主要粮食在阿肯色州种植。
“将耐受性基因整合到阿肯色州的水稻中被证明是相当具有挑战性的，”阿肯色大学农业系统部门的植物生物技术教授Vibha Srivastava表示。“尽管在这一领域的进展才刚刚开始，研究人员正在确定一些有前景的发展。”
然而，Srivastava认为基因编辑可能提供一种替代途径。与从其他生物插入DNA的基因修饰不同，基因编辑不涉及这种方法。
在《植物生物学当前观点》12月期中，Srivastava深入探讨了基因编辑在提升水稻夜间热耐受性方面的潜力。
她的合著者包括专注于水稻育种与遗传学的助理教授Christian De Guzman，以及专注于农业统计与量化遗传学的助理教授Samual B. Fernandes，二人均来自阿肯色州农业实验站，这是阿肯色大学农业系统部门的一个分支。
这是关于水稻夜间热耐受性的第一篇综合性综述文章，汇总了所有可用的相关科学文献。
根据Srivastava的说法，B.R. Wells水稻研究系列也发布了相关发现，包括来自水稻研究和扩展中心的教授Paul Counce的研究，他领导了对高夜间温度响应性水稻的评估，考察了其易感性和耐受性。
De Guzman、Fernandes和Srivastava从美国农业部获得了一项为期四年的585,650美元的赠款，用于培育能够承受高夜间温度的水稻品种。《植物生物学当前观点》中的文章扩展了为该赠款提案收集的信息。
理解夜间热耐受性
在开花和灌浆阶段，水稻对升高的夜间温度特别敏感，这比高白天温度要严重得多。尽管理想的生长温度因地区而异，作者强调，大多数水稻品种在夜间温度超过28摄氏度（82.4华氏度）时开始表现出敏感性。
这些升高的温度可能导致产量损失和谷物质量下降，通常表现为“粉状”——这种不良特性影响了加工质量、烹饪性能和口味。
最近的研究表明，高夜间压力的影响可能导致产量降幅高达90%，同时出现明显的粉状增加。
尽管导致对高夜间温度易感性的遗传机制尚不清楚，但已知在这些温暖的夜晚中，升高的呼吸率会将能量从生长转向修复，从而影响生物量的发育。
面临的挑战
目前，美国没有经过育种的现代水稻品种能够在繁殖阶段承受高夜间温度。然而，名为Nagina 22的印度品种显示出对夜间热的高耐受性。但是，在阿肯色州种植时，它表现出一些不利特性，如谷物较小、粉状增加以及更高的茎，容易倒伏。
Nagina 22已与现代品种杂交以增强夜间耐受性，但相关基因尚未被确定。Srivastava解释说，在不知道基因的身份的情况下，基因编辑无法用于改善流行品种的性状。与此同时，她指出基因编辑可能是增强Nagina 22或其杂交种中理想性状的一种潜在方法。
阿肯色水稻育种项目中一些有前景的先进育种系，如果在经历高夜间压力后表现出与产量和谷物粉状相关的改进性状，可能是基因编辑的合适候选者。
应对Nagina 22及其杂交种的关键因素是降低其自然的高粉状水平。对水稻中重要的粉状DNA区域Chak5的克隆与分析为通过基因编辑降低粉状提供了路径，她指出。
“我们的目标是提高水稻的产量和改善其口味，同时确保谷物质量仍然是优先事项，”Srivastava表示。
夜间温度上升
国家和地区的分析表明美国夜间升温的趋势。根据2023年发布的第五届国家气候评估，”夜间温度和冬季温度的上升速度超过白天和夏季温度。”
