CN104023522A - 具有部分或完全倍增的基因组的硬粒小麦植物及其用途 - Google Patents

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CN104023522A CN201280049677.3A CN201280049677A CN104023522A CN 104023522 A CN104023522 A CN 104023522A CN 201280049677 A CN201280049677 A CN 201280049677A CN 104023522 A CN104023522 A CN 104023522A
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Abstract

本发明提供了具有部分或完全倍增的基因组的硬粒小麦植物，当在相同条件下生长并处于相同发育阶段时，其至少与和所述基因组倍增的硬粒小麦植物等基因的四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物一样可育。还提供了产生和使用该硬粒小麦植物的方法以及由其产生的产品。

Description

具有部分或完全倍增的基因组的硬粒小麦植物及其用途
技术领域
本发明在其一些实施方式中涉及一种具有部分或完全倍增的基因组的硬粒小麦植物及其用途。
背景技术
硬粒小麦（Durum wheat）或制通心粉用小麦（macaroni wheat）（也写为杜伦小麦（Durhum），或称为Triticum durum或硬粒圆锥小麦（Triticumturgidum durum））是唯一的商业上重要的小麦四倍体品种，其在当今被广泛栽培。硬粒小麦具有通过涉及两个二倍体禾本科物种（grass species）：乌拉尔图小麦（T.urartu）（2n=2x=14，AA基因组）和涉及拟斯卑尔脱山羊草（Aegilops speltoides）（2n=2x=14，SS基因组）的B基因组二倍体的属间杂交和多倍体化（polyploidization）产生的28条染色体，因而是一种异源四倍体品种。
在所有栽培小麦中，硬粒小麦和面包小麦（Bread wheat）是世界上最重要的谷类作物。硬粒小麦是较少的作物（minor crop），仅在8到10%的全部小麦栽培面积上种植。其余面积栽培六倍体面包小麦。
硬粒小麦比面包小麦更好地适应半干旱气候。世界硬粒小麦种植面积（acreage）和产量集中在中东、北非、前苏联、北美大平原、印度、和欧洲地中海。虽然冬季种植硬粒小麦，但硬粒小麦是春小麦。尽管其种植面积小，但硬粒小麦因为其独特的特点和终产品而称为重要的经济作物。人们普遍认为其是所有小麦中最耐寒的。硬粒小麦仁通常很大、金黄琥珀色（golden amber）、且半透明。
这些特点以及其蛋白含量和面筋强度，使之适合于制造多种食品。意大利面食（pasta）是在欧洲、北美、和前苏联消费的最常见的硬粒小麦成品（终产品，end product）。除意大利面食以外的产品也由硬粒小麦制成。由硬质粗粒小麦粉（硬质小麦精制麦麸，durum semolina）制成的蒸粗麦粉（couscous）主要在北非消费。由硬粒小麦和小麦片（碎小麦，bulgur）制成的扁面包（flat bread）是约旦、黎巴嫩、和叙利亚的主要饮食的一部分。
硬粒小麦的质量与其成品品质高度相关。硬粒小麦以其高仁重（kernelweight）、容重（test weight）、蛋白质含量、和面筋强度已知为与熟意大利面食制品的坚固性和弹性及烹饪的稳定性有关。
因为硬粒小麦的商业重要性，所以开发了各种硬粒小麦植物的育种和遗传学计划。在北达科他州和周边州中超过93%的硬粒小麦公顷面积种植了由北达科他州的育种计划推广的栽培种。
附加的背景技术包括：
教导染色体加倍方法的美国专利申请号20030005479。
Perak An.Inst.Fitotec.1940Vol.2pp.7报道了注射秋水仙素进入胚芽鞘。具有增大的气孔的植物在Triticum durum、金字塔形穗小麦（T.pyramidale）和提莫非维小麦（T.Timopheevi）中获得。只有从T.durum中获得的植物达到了成熟期；其高度不育且只产生了四粒种子。从这些中获得了两种植物，两者根尖中均具有56条染色体。没有通过处理种子或穗获得多倍体。
发明内容
根据本发明的一些实施方式的方面，提供了当在相同条件下生长并处于相同发育阶段时至少与四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物一样可育的具有部分或完全倍增的基因组的硬粒小麦植物，该四倍体硬粒小麦植物与该基因组倍增的硬粒小麦植物等基因。
根据本发明的一些实施方式的方面，提供了具有作为亲代祖先的该部分或完全基因组倍增植物的杂种植物。
根据本发明的一些实施方式的方面，提供了具有部分或完全倍增的基因组的杂种硬粒小麦植物。
根据本发明的一些实施方式的方面，提供了包括该部分或完全基因组倍增植物的种植场（planted field）。
根据本发明的一些实施方式的方面，提供了包括该部分或完全基因组倍增植物的种子的播种场（sown field）。
根据本发明的一些实施方式，该部分或完全基因组倍增的植物是非转基因的。
根据本发明的一些实施方式，该部分或完全基因组倍增的植物在相同发育阶段和生长条件下具有至少类似于该四倍体硬粒小麦（Triticumdurum）植物的穗数。
根据本发明的一些实施方式，该部分或完全基因组倍增的植物在相同发育阶段和生长条件下具有至少类似于该四倍体硬粒小麦（Triticumdurum）植物的穗宽。
根据本发明的一些实施方式，该部分或完全基因组倍增的植物在相同发育阶段和生长条件下具有至少类似于该四倍体硬粒小麦（Triticumdurum）植物的小穗数。
根据本发明的一些实施方式，该部分或完全基因组倍增的植物在相同发育阶段和生长条件下具有至少类似于该四倍体硬粒小麦（Triticumdurum）植物的穗长。
根据本发明的一些实施方式，该部分或完全基因组倍增的植物在相同发育阶段和生长条件下具有至少类似于该四倍体硬粒小麦（Triticumdurum）植物的粒重（谷粒重量）。
根据本发明的一些实施方式，该部分或完全基因组倍增的植物在相同发育阶段和生长条件下具有至少类似于该四倍体硬粒小麦（Triticumdurum）植物的谷粒产量/植物（grain yield per plant）。
根据本发明的一些实施方式，该部分或完全基因组倍增的植物在相同发育阶段和生长条件下具有至少类似于该四倍体普通小麦（Triticumdurum）植物的谷粒产量/面积（grain yield per area）。
根据本发明的一些实施方式，该部分或完全基因组倍增的植物在相同发育阶段和生长条件下具有类似于该四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物的谷粒尺寸（grain size）。
根据本发明的一些实施方式，该部分或完全基因组倍增的植物在相同发育阶段和生长条件下具有类似于该四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物的谷粒蛋白含量。
根据本发明的一些实施方式，该部分或完全基因组倍增的植物在相同发育阶段和生长条件下具有类似于该四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物的干物质重量。
根据本发明的一些实施方式，该部分或完全基因组倍增的植物在相同发育阶段和生长条件下具有类似于该四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物的平均植物高度的平均植物高度。
根据本发明的一些实施方式，该部分或完全基因组倍增的植物在相同发育阶段和生长条件下具有至少类似于该四倍体硬粒小麦（Triticumdurum）植物的种子数/穗（seed number per spike）。
根据本发明的一些实施方式，该育性由以下至少一种确定：
每株植物的种子数量；
结籽（seed set）测定；
配子育性测定；以及
乙酸胭脂红（acetocarmine）花粉染色。
根据本发明的一些实施方式，该部分或完全基因组倍增的植物是六倍体。
根据本发明的一些实施方式，该部分或完全基因组倍增的植物是八倍体。
根据本发明的一些实施方式，该部分或完全基因组倍增的植物能够与六倍体小麦杂交育种（cross-breeding）。
根据本发明的一些实施方式，该六倍体小麦是面包小麦（Triticumaestivum L.）。
根据本发明的一些实施方式的方面，提供了该部分或完全基因组倍增的硬粒小麦植物的植物部分。
根据本发明的一些实施方式的方面，提供了该部分或完全基因组倍增的植物或植物部分的加工产品。
根据本发明的一些实施方式，该加工产品选自由食品、饲料、建筑材料和生物燃料组成的组。
根据本发明的一些实施方式，该食品或饲料选自由挤出或非挤出意大利面食（pasta）、通心粉产品（macaroni product）、蒸粗麦粉、小麦片、烤绿麦（Frekeh）、早餐谷类食品（breakfast cereal）、面包、点心、家禽和家畜饲料组成的组。
根据本发明的一些实施方式的方面，提供了从该部分或完全基因组倍增的植物或植物部分产生的粉（meal）。
根据本发明的一些实施方式，该部分或完全基因组倍增的植物部分是种子或谷粒（在本文中可互换使用）。
根据本发明的一些实施方式的方面，提供了该部分或完全基因组倍增的硬粒小麦植物的分离的可再生细胞。
根据本发明的一些实施方式，该细胞在培养中对于至少5次传代表现出基因组稳定性。
根据本发明的一些实施方式，该细胞是来自分生组织（mertistem）、花粉、叶、根、根尖、花药、雌蕊、花、种子、谷粒、秆（straw）或茎。
根据本发明的一些实施方式的方面，提供了包含该可再生细胞的组织培养物。
根据本发明的一些实施方式的方面，提供了生产硬粒小麦种子的方法，包括使该部分或完全基因组倍增的植物自交育种或杂交育种。
根据本发明的一些实施方式的方面，提供了利用植物育种技术开发杂种植物的方法，该方法包括使用该部分或完全基因组倍增的植物作为自交育种和/或杂交育种的育种材料来源。
根据本发明的一些实施方式的方面，提供了生产硬粒小麦粉的方法，该方法包括：
（a）收获该部分或完全基因组倍增的硬粒小麦植物或植物部分的谷粒；和
（b）加工该谷粒以产生硬粒小麦粉。
根据本发明的一些实施方式的方面，提供了产生具有部分或完全倍增基因组的硬粒小麦种子的方法，该方法包括在瞬时施加的磁场下使硬粒小麦（Triticum durum）种子与G2/M细胞周期抑制剂接触，从而产生具有部分或完全倍增基因组的硬粒小麦种子。
根据本发明的一些实施方式，该G2/M细胞周期抑制剂包括微管聚合抑制剂。
根据本发明的一些实施方式，该微管聚合抑制剂选自由秋水仙素、诺考达唑、黄草消（oryzaline）、氟乐灵和硫酸长春碱和各自的类似物组成的组。
根据本发明的一些实施方式，该方法进一步包括在接触之前声波处理该种子。
根据本发明的一些实施方式，该方法进一步包括使该种子与DNA保护剂（protectant）接触。
根据本发明的一些实施方式，该DNA保护剂选自由抗氧化剂和组蛋白组成的组。
根据本发明的一些实施方式的方面，提供了当在相同条件下生长并处于相同发育阶段时至少与同所述基因组倍增的硬粒小麦植物等基因的四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物一样可育的具有部分或完全倍增基因组的硬粒小麦植物的代表性种子的样品，其中所述样品已根据布达佩斯条约以NCIMB42002保藏于NCIMB。
根据本发明的一些实施方式的方面，提供了当在相同条件下生长并处于相同发育阶段时至少与同所述基因组倍增的硬粒小麦植物等基因的四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物一样可育的具有部分或完全倍增基因组的硬粒小麦植物的代表性种子的样品，其中具有所述部分或完全倍增基因组的所述硬粒小麦植物的所述样品已根据布达佩斯条约以NCIMB42002保藏于NCIMB。
除非另外定义，本文使用的所有技术和/或科学术语具有本发明所属的技术领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。虽然类似于或等同于本文描述的方法和/或材料的方法和/或材料可被用于本发明的实施方式的实践或测试，以下描述了示例性的方法和/或材料。在冲突的情况下，以包括定义的本专利说明书为准。此外，所述材料、方法和实施例仅是说明性的，而并非旨在进行必要的限制。
附图说明
仅通过举例的方式并参考附图，在本文中描述了本发明的一些实施方式。现在具体详细参考附图，需强调的是，所显示的细节是通过举例的方式，并且是为了本发明的实施方式说明性讨论。就此来说，结合附图所做出的描述使得可如何实施本发明的实施方式对于本领域技术人员来说是显而易见的。
在附图中：
图1A-1F是基因组倍增的硬粒小麦植物与其等基因四倍体祖先相比的穗和谷粒的图像；
图2A-2C是四倍体硬粒小麦（E-2009-1系，图2A）、基因组倍增的六倍体硬粒小麦雌株（D3，图2B）、和通过用雄性面包小麦系与雌性六倍体植物杂交产生的杂种植物（图2C）的图像。
具体实施方式
本发明在其一些实施方式中涉及具有部分或完全倍增基因组的硬粒小麦植物及其用途。
在详细解释至少一个本发明的实施方式之前，应当理解，本发明没有必要将其应用限于以下说明所阐述的或通过实施例所示例的细节。本发明能够有其他的实施方式或能够以各种方式实施和进行。
诱导的多倍性已被建议用于提高作物产量。然而，迄今为止，只有少数植物物种已经成功地实现了诱导多倍性。
现在本发明人设计了在硬粒小麦中用于诱导的基因组倍增的新方法，其产生了基因组稳定和可育的植物。诱导多倍体植物不含不希望有的基因组突变，且其特征在于较大和较重的谷粒、较高的小穗数量和长度，因此被认为是具有比具有四倍体基因组的等基因祖先植物更高的活力和产量（见表3，下文）。这些新性状可有助于更好的气候适应性和更高的对生物和非生物胁迫的耐受性。此外，通过使用本发明的诱导多倍体植物的花粉绝育产生的杂种小麦种子可由于杂种优势的表达而增加全球小麦产量。此外，本发明的一些实施方式的诱导多倍体植物已经从基因组倍增之后的早期世代（例如，第一、第二、第三或第四）表现出了与该等基因四倍体祖先植物相当或更好的育性，从而消除了对进一步育种以提高育性的需要。
因此，根据本发明的方面，提供了当在相同条件下生长并处于相同发育阶段时至少与四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物一样可育的具有部分或完全倍增的基因组的硬粒小麦植物，该四倍体硬粒小麦植物与所述基因组倍增的硬粒小麦植物等基因。
如本文所用，术语“硬粒小麦”（也可在本文中称为“制通心粉用小麦”、“Triticum durum”或“硬粒圆锥小麦”）是指小麦属的硬粒小麦种。硬粒小麦是四倍体小麦，具有二十八条染色体。整倍体（四倍体，非倍增的植物）的组成是通过涉及两个二倍体禾本科物种：乌拉尔图小麦（2n=2x=14，AA基因组）和涉及拟斯卑尔脱山羊草（2n=2x=14，SS基因组）的B基因组二倍体的属间杂交和多倍体化产生的4n=28。
根据具体实施方式，该硬粒小麦可以是天然存在的或合成的小麦。
可被用作基因组倍增来源的硬粒小麦的常见品种包括，但不限于：Divide2005、Grenora2005、Alkabo2005、Dilse2002、Pierce2001、Lebsock1999、Plaza1999、Maier1998、Mountrail1998、Belzer1997、Ben1996和Munich1995。
“植物”是指完整植物或其部分（例如，种子、茎、果实、叶、花、组织、杆等）、加工的或未加工的[例如，种子、粉（粗粒小麦粉）、干燥组织、饼块（cake）等]、可再生组织培养物或从中分离的细胞。
根据一些实施方式，如本文所用的术语植物也是指如将在下文进一步定义和说明的具有作为其祖先中至少一个的一个诱导多倍体植物的杂种。
如本文使用的“部分或完全倍增的基因组”是指至少一条染色体、祖先基因组集（genome set）（例如，AA、BB）、混合的祖先染色体组（例如，AB）的添加，这产生了六倍体植物或基因组的完全倍增，该基因组的完全倍增产生了八倍体植物（8N）或更多倍的植物。
本发明的基因组倍增的植物在本文中也被称为“诱导多倍体”植物。
根据一个具体实施方式，该诱导多倍体植物为4N。
根据一个具体实施方式，该诱导多倍体植物为5N。
根据一个具体实施方式，该诱导多倍体植物为6N。
根据一个具体实施方式，该诱导多倍体植物为7N。
根据一个具体实施方式，该诱导多倍体植物为8N。
根据一个具体实施方式，该诱导多倍体植物为9N。
根据一个具体实施方式，该诱导多倍体植物为10N。
根据一个具体实施方式，该诱导多倍体植物为11N。
根据一个具体实施方式，该诱导多倍体植物为12N。
根据一个具体实施方式，该诱导多倍体植物不是基因组倍增的单倍体植物。
如所提到的，该诱导多倍体当在相同（同样）条件下生长并处于相同（同样）发育阶段时至少与和该基因组倍增的硬粒小麦等基因的四倍体硬粒小麦祖先植物一样可育。
如本文所用，术语“可育的”是指有性繁殖的能力。育性可使用本领域熟知的方法来分析。可替换地，将育性定义为结籽（set seed）的能力。可分析以下参数以确定育性：种子（谷粒）的数量；结籽（结实，seed set）测定；配子育性可通过诸如在蔗糖底物上的花粉萌发来确定；以及可替换地或另外地，乙酸胭脂红染色，从而染色可育的花粉。
如本文所用，术语“稳定”或“基因组稳定性”是指染色体或染色体拷贝的数目，其经过几代保持恒定，而该植物不展现以下参数的至少一种中的实质降低：产量、育性、生物量和活力。
根据一个具体实施方式，稳定性被定义为产生纯种后代（a true to typeoffspring），保持变种（品种）强壮和一致性。
根据本发明的实施方式，该基因组倍增的植物等基因于来源植物，即四倍体硬粒小麦植物。该基因组倍增的植物在质量上而不是数量上具有基本上与该二倍体植物相同的基因组组成。
根据一个具体实施方式，该植物在完整植物的培养或产生中，对于至少2、3、5、10或更多次传代，表现出基因组稳定性。
根据本发明的一些实施方式，成熟的基因组倍增植物具有至少大约与它的等基因的、在相同条件下生长的四倍体祖先相同（+/-10%、20%或30%）的种子数量；可替换地或另外地，该基因组倍增的植物具有通过乙酸胭脂红染色的至少90%的可育花粉；以及可替换地或另外地，至少90%的种子在蔗糖上萌发。根据本发明的教导产生的六倍体或八倍体植物具有比该等基因的祖先植物的总产量/植物高至少5%、10%、15%、20%或25%的总产量/植物。例如比相同条件下生长的并处于相同发育阶段的该等基因的四倍体植物的产量高5-10%、1-10%、10-20%、10-100%或50-150%的产量。根据一个具体实施方式，产量用下列公式测量：
产量/植物=总粒数/植物×粒重
为表征本发明的基因组倍增的植物的性状（例如，育性、产量、生物量和活力），当处于相同的发育阶段并在相同生长条件下生长时，与它的等基因祖先（以下称为“四倍体祖先植物”）相比而进行的比较分析通常被实现。
根据一个具体实施方式，该基因组倍增的植物的特征在于穗数至少类似于相同发育阶段的并在相同生长条件下生长的四倍体硬粒小麦（Triticum durum）等基因祖先植物的穗数。根据一个具体实施方式，该穗数高2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%或甚至更多15%或20%（例如，2-20%、10-20%）。
根据一个具体实施方式，该基因组倍增的植物的特征在于小穗数至少类似于相同发育阶段的并在相同生长条件下生长的四倍体硬粒小麦（Triticum durum）等基因祖先植物的小穗数。根据一个具体实施方式，该小穗数高2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%或甚至更多15%或20%（例如，2-20%、10-20%）。
根据一个具体实施方式，该基因组倍增的植物的特征在于穗长至少类似于相同发育阶段的并在相同生长条件下生长的四倍体硬粒小麦（Triticum durum）等基因祖先植物的穗长。根据一个具体实施方式，该穗长高2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%或甚至更多15%或20%。
根据一个具体实施方式，该基因组倍增的植物的特征在于粒数/小穗至少类似于相同发育阶段的并在相同生长条件下生长的四倍体硬粒小麦（Triticum durum）等基因祖先植物的粒数/小穗。根据一个具体实施方式，该粒数/小穗高2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%或甚至更多15%或20%。
根据一个具体实施方式，该基因组倍增的植物的特征在于粒重至少类似于相同发育阶段的并在相同生长条件下生长的四倍体硬粒小麦（Triticum durum）等基因祖先植物的粒重。根据一个具体实施方式，该粒重高2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%或甚至更多15%或20%。
根据一个具体实施方式，该基因组倍增的植物的特征在于总粒数/植物至少类似于相同发育阶段的并在相同生长条件下生长的四倍体硬粒小麦（Triticum durum）等基因祖先植物的总粒数/植物。根据一个具体实施方式，该总粒数/植物高10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%或甚至更多80%或90%。
根据一个具体实施方式，该基因组倍增的植物的特征在于谷粒产量/植物至少类似于相同发育阶段的并在相同生长条件下生长的四倍体硬粒小麦（Triticum durum）等基因祖先植物的谷粒产量/植物。根据一个具体实施方式，该谷粒产量/植物高10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%或甚至更多80%或90%。
根据一个具体实施方式，该基因组倍增的植物的特征在于锈病耐受性（rust tolerance）至少类似于相同发育阶段的并在相同生长条件下生长的四倍体硬粒小麦（Triticum durum）等基因祖先植物的锈病耐受性。根据一个具体实施方式，该锈病耐受性高2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%或甚至更多15%、20%、30%或40%。
根据一个具体实施方式，该基因组倍增的植物的特征在于谷粒蛋白含量至少类似于相同发育阶段的并在相同生长条件下生长的四倍体硬粒小麦等基因祖先植物的谷粒蛋白含量。根据一个具体实施方式，该谷粒蛋白含量比相同发育阶段的并在相同生长条件下生长的等基因祖先植物的谷粒蛋白含量高或低约0-20%。
根据一个具体实施方式，该基因组倍增的植物的特征在于谷粒产量/生长面积（grain yield per growth area）至少类似于相同发育阶段的并在相同生长条件下生长的四倍体硬粒小麦等基因祖先植物的谷粒产量/生长面积。根据一个具体实施方式，该谷粒产量/生长面积高10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%或甚至更多80%、90%、100%、200%、250%、300%、400%或500%。根据一个具体实施方式，该谷粒产量/生长面积比相同发育阶段的并在相同生长条件下生长的等基因祖先植物的谷粒产量/生长面积高0.1-5、0.3-5、0.4-2.5、1-5、2-3或2-2.5倍。
根据一个具体实施方式，该基因组倍增的植物的特征在于谷粒产量/植物至少类似于相同发育阶段的并在相同生长条件下生长的四倍体硬粒小麦等基因祖先植物的谷粒产量/植物。根据一个具体实施方式，该谷粒产量/植物高5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%或甚至更多80%、90%、100%、200%、250%、300%、400%或500%。根据一个具体实施方式，该谷粒产量/植物比相同发育阶段的并在相同生长条件下生长的等基因祖先植物的谷粒产量/植物高0.1-5、0.3-5、0.4-2.5、1-5、2-3或2-2.5倍。
有趣的是，本发明的植物的特征在于类似于或甚至短于相同发育阶段的并在相同生长条件下生长的等基因祖先植物的地上植物长度的地上植物长度（即，植物高度）。根据一个具体实施方式，该植物长度短2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%或甚至10%。
本发明的植物的特征在于生物量、产量、谷粒产量、谷粒产量/生长面积、谷粒蛋白含量、粒重、秸秆产量（stover yield）、结籽（结实，seedset）、染色体数目、基因组组成、含油百分率、活力、抗虫性、抗杀虫剂性、耐旱性、和非生物胁迫耐受性中的至少一个、两个、三个、四个或全部比与其等基因的四倍体硬粒小麦植物更高。
应该理解，虽然该诱导多倍体植物的某些性状相对于该等基因祖先可以是较差的，但其他性状可以是优良的，从而提供了总体优良的表型。
例如，该诱导的多倍体品系或杂种，可具有相对于该等基因祖先较差的种子重量，但却具有优于该等基因祖先的种子重量/植物或种子重量/种植面积。
同样地，该诱导的多倍体品系或杂种，可具有相对于该等基因祖先较差的种子重量，但却具有优于该等基因祖先的蛋白质含量。
根据一个具体实施方式，该植物是非转基因的。
根据另一实施方式，该植物是转基因的，例如通过表达赋予抗虫性或用于栽培的形态学性状的异源基因。例如，亲本植物或该诱导的多倍体植物可表达与提高营养价值相关联的转基因。例如，Dx5和Dy10高分子量（HMW）麦谷蛋白亚基已与优良面包制作质量相关联，但在硬粒小麦中缺失。
可使用如下文所描述的改进的秋水仙素化（colchicination）方法来产生本发明的基因组倍增的植物种子。
因此，根据本发明的一个方面，提供了产生具有部分或完全倍增基因组的硬粒小麦种子的方法，该方法包括在瞬时施加的磁场下使该硬粒小麦（Triticum durum）种子与G2/M细胞周期抑制剂接触，从而产生该具有部分或完全倍增的基因组的硬粒小麦种子。
通常，该G2/M周期抑制剂包括微管聚合抑制剂。
微管周期抑制剂的实例包括，但不限于秋水仙素、秋水仙酰胺、氟乐灵、黄草消、苯并咪唑氨基甲酸酯（benzimidazole carbamate）（例如诺考达唑、恩考达唑（oncodazole）、甲苯达唑（mebendazole）、R17934、MBC）、N-苯基氨基甲酸o-异丙酯（o-isopropyl N-phenyl carbamate）、N-苯基氨基甲酸氯异丙酯（chloroisopropyl N-phenyl carbamate）、甲基胺草磷（amiprophos-methyl）、紫杉醇、长春碱、灰黄霉素、咖啡碱、双-ANS（bis-ANS）、美坦辛（maytansine）、长春碱（vinbalstine）、硫酸长春碱、鬼臼毒素（podophyllotoxin）和各自的类似物。
G2/M抑制剂被包含在处理溶液中，该处理溶液可包含另外的活性成分，如被用作DNA保护剂的抗氧化剂、去污剂和组蛋白。
如本文所使用，“DNA保护剂”涉及允许DNA倍增而不损害DNA组成（≤0.001%的突变）的化合物或条件。
当用包含该G2/M周期抑制剂的处理溶液处理种子时，可将该植物进一步经受至少700高斯（例如，1350高斯）的磁场处理约2小时。将该种子置于磁场室，如实施例1中所描述的磁场室。经过指定的时间，将种子从该磁场移开。
为了提高种子对处理溶液的渗透性，种子在与G2/M周期抑制剂接触之前可进行超声处理（例如，40KHz下5至20分钟）。
湿种子可更好地响应于处理，因此，可于处理开始时将种子浸泡在水溶液（例如，蒸馏水）中。
根据一个具体实施方式，全部处理可在黑暗中并于室温（约23-26℃）或更低温度[例如，对于超声（US）阶段]下进行。
因此，根据一个具体实施方式，该种子可在室温下浸泡于水中，然后在蒸馏水中进行US处理。
一旦经过渗透，可将该种子置于含有处理溶液的容器和打开的磁场中。以下表1中提供了G2/M周期抑制剂浓度的示例性范围。该处理溶液可进一步包含在以下列出的浓度下的DMSO、去污剂、DNA保护剂，如抗氧化剂和组蛋白。
一旦该种子从磁场移开，可用G2/M周期抑制剂对它们进行第二轮处理。最后，该种子可经洗涤并接种到适宜的生长床（growth bed）上。可选地，幼苗可在AcadianTM（Acadian AgriTech）和Giberllon（后者当用长春碱处理时使用，作为G2/M周期抑制剂）的存在下生长。
应理解的是，该上述方法可在诸如本文所述的完整植物或植物部分上实施，并不一定限于种子。
使用该上述教导，本发明人已建立了基因组倍增的硬粒小麦植物。
一旦建立，本发明的植物可有性或无性繁殖，诸如通过使用组织培养技术繁殖。
如本文所使用的短语“组织培养”是指从中可产生小麦草（wheatgrass）的植物细胞或植物部分，包括植物原生质体、植物杯状器官（cali）、植物团块（clump）、和在植物中是完整的植物细胞，或植物的一部分，诸如种子、叶、茎、花粉、秆、根、根尖、花药、胚珠、花瓣、花、胚芽（胚，embryo）、纤维和荚壳（boll）。
根据本发明的一些实施方式，培养细胞在培养中对于至少2、3、4、5、7、9或10次传代表现出基因组稳定性。
产生植物组织培养物并从组织培养物再生植物的技术在现有技术中是熟知的。例如，这样的技术由Vasil.,1984.Cell Culture and Somatic CellGenetics of Plants,Vol I,II,III,Laboratory Procedures and Their Applications,Academic Press,New York；Green等人.,1987.Plant Tissue and Cell Culture,Academic Press,New York；Weissbach和Weissbach.1989.Methods for PlantMolecular Biology,Academic Press；Gelvin等人,1990,Plant MolecularBiology Manual,Kluwer Academic Publishers；Evans等人,1983,Handbookof Plant Cell Culture,MacMillian Publishing Company,New York；以及Klee等人,1987.Ann.Rev.of Plant Phys.38:467486提出。
该组织培养可从选自由种子、叶、茎、花粉、根、根尖、花药、胚珠、花瓣、花和胚芽组成的组的组织的细胞或原生质体产生。
应理解的是，本发明的植物还可与其他小麦植物一起被用在植物育种中（即，自交育种或杂交育种），以产生展现出至少一些本发明的硬粒小麦植物特征的新植物或植物系。
使这些中的任何一种与另一种植物杂交而生成的植物可被用于系谱育种（pedigree breeding）、转化和/或回交，以产生展现本发明的基因组倍增植物的特征和任何其它所需性状的另外品种。采用本领域熟知的分子或生物化学方法的筛选技术可用于确保所追求的重要商业特征保留在每个育种世代中。
回交的目标是改变或替换回归亲本系中的单个性状或特征。为了实现这一点，回归亲本系的单个基因被来自非回归系的期望基因取代或补充，而保持基本上所有其他期望的基因，因而，保持原始系的期望的生理学和形态学构造。特定非回归亲本的选择将取决于回交的目的。主要目的之一是向植物增加一些商业上期望的、农学上重要的性状。确切的回交方案将取决于要改变或添加的特征或性状，来确定合适的测试方案。虽然当要转移的特征是显性等位基因时回交方法被简化了，但隐性等位基因也可被转移。在这种情况下，可能有必要引入子代的测试来确定期望的特征是否已被成功地转移。同样地，转基因可利用本领域技术人员熟知的多种已建立的转化方法的任一种来导入植物中，诸如：Gadaleta等人J.CerealScience200843:435-445；Gressel.,1985.Biotechnologically ConferringHerbicide Resistance in Crops:The Present Realities,In:Molecular Form andFunction of the plant Genome,L van Vloten-Doting,(ed.),Plenum Press,NewYork；Huftner,S.L.等人,1992,Revising Oversight of Genetically ModifiedPlants,Bio/Technology；Klee,H.等人,1989,Plant Gene Vectors and GeneticTransformation:Plant Transformation Systems Based on the use ofAgrobacterium tumefaciens,Cell Culture and Somatic Cell Genetics of Plants；以及Koncz,C.等人.1986,Molecular and General Genetics。
使用本发明的教导，本发明人能够产生许多为诱导多倍体的植物品种。有代表性种子的样品，其中该硬粒小麦的样品已根据布达佩斯条约于2012年7月4日以NCIMB42002保藏于NCIMB。该NCIMB42002对应于诱导的多倍体E-EP-V1。
应理解的是，本发明的植物或杂种植物可进行遗传修饰，例如以引入感兴趣的性状，例如对胁迫（例如，生物或非生物）的增强的抗性。
因此，本发明提供了新的基因组倍增的植物和栽培种（cultivar），以及用于产生它们的种子和组织培养物。
本发明的植物能够自交育种或与六倍体小麦[例如，普通小麦（Triticum aestivum L.）]，或其他小麦种或不同倍性的小麦（例如，如本文所描述的诱导高倍性小麦）杂交育种。
已产生这样的杂种，即，与诱导多倍体硬粒小麦杂交的普通小麦已由本发明人产生并在实施例6中示出。
因此，这样的杂种植物在相同发育阶段和生长条件下展现出类似于该四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物的谷粒尺寸（±5-20%）。根据一些实施方式，该杂种中的谷粒尺寸比该四倍体等基因植物的谷粒尺寸高（+5-20%）。根据一些实施方式，该杂种中的谷粒尺寸比该四倍体等基因植物的谷粒尺寸低（+5-20%）。
可替换地或另外地，这样的杂种植物在相同发育阶段和生长条件下具有类似于所述四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物的谷粒蛋白含量（±5-20%）。根据一些实施方式，该杂种中的谷粒蛋白含量比该四倍体等基因植物的谷粒蛋白含量高（+5-20%）。根据一些实施方式，该杂种中的谷粒蛋白含量比该四倍体等基因植物的谷粒蛋白含量低（+5-20%）。
可替换地或另外地，这样的杂种植物在相同发育阶段和生长条件下具有类似于所述四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物的干物质重量（±5-20%）。根据一些实施方式，该杂种中的干物质重量比该四倍体等基因植物的干物质重量高（+5-20%）。根据一些实施方式，该杂种中的干物质重量比该四倍体等基因植物的干物质重量低（+5-20%）。
可替换地或另外地，这样的杂种植物在相同发育阶段和生长条件下与所述四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物一样高（地上）（±5-20%）。根据一些实施方式，该杂种中的植物高度比该四倍体等基因植物的植物高度高（+5-20%）。根据一些实施方式，该杂种中的植物高度比该四倍体等基因植物的植物高度低（+5-20%）。
可替换地或另外地，这样的杂种植物在相同发育阶段和生长条件下具有至少类似于所述四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物的种子数/穗或穗宽或种子/穗（±5-20%）。根据一些实施方式，该种子数/穗或穗宽或种子/穗与该四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物中的相同。根据一些实施方式，该种子数/穗或穗宽或种子/穗比该四倍体硬粒小麦（Triticumdurum）植物中的低（-5-20%）。根据一些实施方式，该种子数/穗或穗宽或种子/穗比该四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物中的高（+5-20%）。
因此，本发明进一步提供了具有作为亲代祖先的如本文中所描述的基因组倍增植物的杂种植物。
例如，雄性亲本可以是基因组倍增的植物，而雌性亲本可以是四倍体硬粒小麦或六倍体普通小麦。可替换地，相同倍性（例如，6N×6N、8N×8N）或不同倍性（例如，6N×8N）的两个诱导基因组倍增的植物可杂交。
根据一个具体实施方式，本发明提供了具有部分或完全倍增的基因组的杂种硬粒小麦植物。
本发明进一步提供了种子包（种子袋，seed bag），其包括至少10%、20%、50%或100%的本发明的植物或杂种植物的种子。
本发明进一步提供了种植场，其包括本发明的任何植物或杂种植物。
本发明的谷粒被加工为用作食品或饲料（例如，家禽和家畜）补充剂的粉。
因此，本发明进一步提供了生产硬粒小麦粉（例如，粗粒小麦粉）的方法，该方法包括收获本发明的植物或杂种植物的谷粒；和加工该谷粒以产生粉。
碾磨自硬粒小麦的粗粒小麦粉、硬粒小麦颗粒（Durum granular）、和硬粒小麦面粉（Durum flour）被用于制造糊状（挤出或非挤出）和非糊状食品。糊状产品通过混合水与粗粒小麦粉或硬粒小麦面粉以形成未经发酵的生面团来制作，使该生面团形成不同的形状并煮熟食用或干燥以便稍后消耗。意大利面食制品和蒸粗麦粉是糊状产品的实例（其他实例在下文提供）。在高湿度发酵或未经发酵的面包和煮熟或蒸熟的小麦片（破碎的硬粒小麦）和烤绿麦（frekeh）（烤的未成熟小麦仁）之中的硬粒小麦产品属于非糊状食品。
意大利面食产品
意大利将意大利面食分为主要的四类：长通心面（long goods）（意大利面条（spaghetti）、细面条（vermicelli）、和扁面条（linguine））、短通心面（short goods）（弯管通心粉（elbow macaroni）、波纹贝壳状通心粉（rigatoni）、和意大利通心面（ziti））、鸡蛋面（用鸡蛋制成的意大利面食），以及特制物品（千层面（lasagna）、袖筒面（manicotti）、大贝壳面（jumboshells）和填馅意大利面条（stuffed pasta）。意大利挤压食品和东方面条有所不同。意大利面食面条是由硬粒或非硬粒小麦与最低要求的5.5%蛋固体制成。东方面条由非硬粒小麦面粉制成。
在西半球和欧洲，通心粉产品通常被称为营养面条（alimentarypastes）。通心粉（空心管）、意大利面条（实心条）、面条（条，平直或椭圆形）、和其他形状（从面团片以各种形式压印）被称为通心粉产品。
蒸粗麦粉
蒸粗麦粉，由混合粗粒小麦粉与水制成的糊状产品，被认为是北非国家，诸如埃及、利比亚、突尼斯、阿尔及利亚、和摩洛哥的主要主食之一。在近东估计有10%的硬粒小麦被用于制作蒸粗麦粉。
小麦片
小麦片，非糊状半熟的硬粒小麦产品，是最古老的基于谷物的（cereal-based）食品之一。在土耳其、叙利亚、约旦、黎巴嫩、和埃及，小麦片被用作主食（main dish）或在大多数消费食品中的成分之一。
小麦片制作包括三个步骤：1）洗净小麦，浸泡在水中，并煮至使淀粉糊化。2）冷却煮熟的谷物，干燥，使其湿润，去皮以除去麸皮（可选），重新干燥，并通过风选清洁。3）研磨该谷粒并过筛分成三个或四个粒级（尺寸等级，size grade）：粗、细、很细、和粉。
烤绿麦或firik
烤绿麦也被称为firik。烤绿麦，一种非糊状硬粒小麦产品，在北非和中东，特别是叙利亚是一种主食。烤绿麦是以与米饭、小麦片、和蒸粗麦粉相同的方式使用的烤绿色小麦。
最好的烤绿麦是由最大的、最硬的、和最绿的谷粒制成的。因此，硬粒小麦，特别是具有大仁的栽培种，是最合适用于制作烤绿麦的小麦。当加工来自乳熟后期（late-milk）到蜡熟中期（mid-dough）、开花后约13至16d收获的小麦时，烤绿麦比在完熟（full-ripe）期加工的更好吃，可能是由于游离单糖的含量较高。在发育的早期阶段，麦仁具有高浓度的矿物质和维生素，尤其是硫胺素和核黄素。
硬粒小麦早餐谷物食品
在中东，由在水中与黄油和糖一起煮熟的粗粒小麦粉制成的mamuneih被作为热早餐谷物食品消费。在北美地区，硬粒小麦的大麦仁（麦粒）被用来制作膨化硬粒小麦即食早餐谷物食品。
硬粒小麦面包
在近东、中东和意大利，硬粒小麦用在面包生产中的程度比世界其他地区的更大。在一些中东国家，70到90%的硬粒小麦被用来制作面包。几种类型的面包是由硬粒小麦制成的。在叙利亚、黎巴嫩和约旦，双层面包、硬皮面包（khobz）是最受欢迎的面包。在埃及，双层面包被称为baladi和shami。单层面包也很受欢迎，包括tannur和saaj（叙利亚和黎巴嫩）、Mountain（山）面包和markouk（黎巴嫩）、和mehrahrah。在土耳其，扁面包、tandir ekmegi（馕）是由硬粒小麦制成的。在近东，百分之三十和18%的硬粒小麦分别被用来制作双层和单层面包。
在意大利几种面包是由硬粒小麦制成的，这取决于面包的形状和该国家的地区。常见的面包包括在巴里省的fresedde、在福贾省的frasella，以及在萨勒诺省的frasedda、frisedda和frisa。圆形扁面包cafone产于巴里。轮状的硬粒小麦面包rote产于巴里和福贾省。Sckanate是一种大的硬粒小麦面包，通常在米内尔维诺（Minervino）、阿尔塔穆拉（Altamura）、比通托（Bitonto）、加尔加诺角（Gargano）制作。
甜点
在中东地区，几种甜点是由粗粒小麦粉制成的。在叙利亚、黎巴嫩和约旦，油炸的粗粒小麦粉生面团（mushabak）、烘焙的粗粒小麦粉生面团（hariseh）、和烘焙的粗粒小麦粉与植物油、糖和果仁的混合物（哈尔瓦（halva））是常见的甜点。在德国，kugel是一种被用作甜点的甜面条形布丁，且现在正在北美销售。
小麦草是高度可发酵的，这使本发明的植物或杂种成为用于啤酒和其它酒精饮料生产的很好的替代选择，也可用于生物燃料的生产。发明的植物或杂种也可用于建筑，诸如茅草屋顶。
预计的是，在从本申请成熟的专利时效期间，许多相关的DNA保护剂、硬粒小麦品种、硬粒小麦产品和用途将被开发，且本文提供的术语的范围旨在预先包括所有这些新的技术。
如本文所用，术语“约”是指±10%。
术语“包含（comprises）”、“包含（comprising）”、“包括（includes）”、“包括（including）”、“具有（having）”和它们的同根词意味着“包括但不限于”。
术语“由......组成”意味着“包括并限于”。
术语“基本上由......组成”意味着组合物、方法或结构可包括另外的成分、步骤和/或部件，但是仅当所述另外的成分、步骤和/或部件不实质上改变所要求的组合物、方法或结构的基础的和新的特征时才如此。
除非上下文另外清楚地规定，如本文中使用的，单数形式“一种/个（a/an）”、以及“该”包括复数对象。例如，术语“化合物”或“至少一种化合物”可包括多种化合物，包括其混合物。
在整个本申请中，本发明的各种实施方式可以范围的形式呈现。应当理解，范围形式的描述仅仅是为方便和简洁起见，不应理解为对本发明范围的硬性限制。因此，范围的描述应当被认为已经具体公开了所有可能的子范围以及该范围内的单个数值。例如，诸如从1到6的范围的描述应当被认为已经具体公开了子范围，诸如从1到3、从1到4、从1到5、从2到4、从2到6、从3到6等等，以及该范围内的单个数字，例如，1、2、3、4、5和6。这是无论范围的宽度而适用的。
无论何时在本文中指定数值范围，意味着包括该指定范围内的任何引用的数字（分数或整数）。短语第一指示数字和第二指示数字“之间的范围”和第一指示数字“至”第二指示数字的“范围”在本文中可互换使用并且旨在包括第一和第二指示数字以及在其间的所有分数和整数数字。
如本文所用的术语“方法”是指用于完成给定任务的方式、手段、技术和流程，包括但不限于，化学、药理学、生物学、生物化学和医学领域的从业者已知的，或易于从已知的方式、手段、技术和流程开发出的那些方式、手段、技术和流程。
要理解的是，为清楚起见，在不同实施方式的上下文中描述的本发明的某些特征，也可以组合于单个实施方式中提供。反之，为简洁起见，在单个实施方式的上下文中描述的本发明的各种特征，也可单独地或以任何合适的亚组合或作为适用于本发明的任何其它描述的实施方式提供。在各种实施方式的上下文中描述的某些特征不被认为是那些实施方式的必要特征，除非该实施方式没有那些元素是不起作用的。
在上文中描述的以及在以下的权利要求部分中要求保护的本发明的各种实施方式和方面可在以下实施例中找到实验支持。
实施例
现在参考以下实施例，其连同上文的描述，以非限制性的方式说明了本发明的一些实施方式。
通常，本文中使用的命名法和在本发明中利用的实验室流程包括分子、生物化学、微生物学和重组DNA技术。这些技术在文献中被充分说明。参见，例如，“Molecular Cloning:A laboratory Manual”Sambrook等人，（1989）；“Current Protocols in Molecular Biology”Volumes I-III Ausubel,R.M.,ed.（1994）；Ausubel等人，"Current Protocols in Molecular Biology",JohnWiley和Sons,Baltimore,Maryland(1989)；Perbal,"A Practical Guide toMolecular Cloning",John Wiley&Sons,New York(1988)；Watson等人,"Recombinant DNA",Scientific American Books,New York；Birren等人(eds)"Genome Analysis:A Laboratory Manual Series",Vols.1-4,Cold SpringHarbor Laboratory Press,New York(1998)；如美国专利号4,666,828；4,683,202；4,801,531；5,192,659和5,272,057阐述的方法；"Cell Biology:A Laboratory Handbook",Volumes I-III Cellis,J.E.,ed.(1994)；"CurrentProtocols in Immunology"Volumes I-III Coligan J.E.,ed.(1994)；Stites等人(eds),"Basic and Clinical Immunology"(第8版),Appleton&Lange,Norwalk,CT(1994)；Mishell和Shiigi(eds),"Selected Methods in CellularImmunology",W.H.Freeman和Co.,New York(1980)；广泛地在专利和科学文献，参见，例如，美国专利号3,791,932；3,839,153；3,850,752；3,850,578；3,853,987；3,867,517；3,879,262；3,901,654；3,935,074；3,984,533；3,996,345；4,034,074；4,098,876；4,879,219；5,011,771和5,281,521中描述的有效免疫测定法；"Oligonucleotide Synthesis"Gait,M.J.,ed.(1984)；“Nucleic AcidHybridization"Hames,B.D.,和Higgins S.J.,eds.(1985)；"Transcription andTranslation"Hames,B.D.,和Higgins S.J.,Eds.(1984)；"Animal CellCulture"Freshney,R.I.,ed.(1986)；"Immobilized Cells and Enzymes"IRLPress,(1986)；"A Practical Guide to Molecular Cloning"Perbal,B.,(1984)和"Methods in Enzymology"Vol.1-317,Academic Press；"PCR Protocols:AGuide To Methods And Applications",Academic Press,San Diego,CA(1990)；Marshak等人,"Strategies for Protein Purification and Characterization-A Laboratory Course Manual"CSHL Press(1996)；其全部以参考方式并入犹如在本文中完全阐述。贯穿本文提供了其它一般参考文献。其中的流程（procedure）被认为是在本领域中熟知的并为了读者的便利而提供，所有包含在其中的信息以参考的方式并入本文。
实施例1
硬粒小麦的基因组倍增
实验流程
所有阶段都在黑暗中进行。
将种子在约25℃下浸泡在装满水的容器中约2小时。
将种子转移到干净的网袋并放入在约23至约26℃下的充满蒸馏水的超声波浴中。施加声波处理（约40KHz）约5至约20分钟。使温度保持在低于26℃。在约25℃下将种子包置于包含处理液（在下文描述）的容器中。将该容器置于磁场室（在下文描述）中并温育约2小时。从袋中取出种子并放置在塑料盘上的纸巾床的顶部。将用处理溶液浸泡的纸巾的第二层用作封盖。种子在约25℃下温育约12-约48小时并在整个温育期保持湿润。将种子收集到干净的容器中并用水（pH=7）洗涤。制备补充有约25ppm的20:20:20微量元素肥料（Micro Elements Fertilizer）的土壤育苗盘。将处理过的种子播种到盘上，并移至使用约20-约25℃白天温度范围、约10-约17℃的黑夜温度范围和约40%的最低湿度的苗圃（nursery）。
当使用长春碱时，播种后立即施加0.5-1.5%GIBERLLON。在随后的3周将种子用ACADIANTM处理，每周两次。
处理溶液：
DMSO0.5%
TritonX1005滴/L
微管聚合抑制剂
抗氧化剂
组蛋白50-100μg/ml
pH=6
-在软化、无氮的水中制备
*用于立即使用。
表1
微管聚合抑制剂 浓度
硫酸长春碱 0.05-0.2%
秋水仙素 0.1-0.5mg/ml
诺考达唑 0.1-0.9%
黄草消 0.002-0.005%
氟乐灵 0.002-0.005%
抗氧化剂 浓度
花青素3-O-b-吡喃葡萄糖苷 25-100μg/ml
黄芩苷元（baicalein） 10-6-10-4M
栎精（槲皮素，Quercetin） 10-6-10-4M
水溶性维生素E（Trolox） 5-10mM
磁场的详细信息：
磁场室由彼此相隔11cm的两个磁体板（magnet board）组成。由该两个磁体形成的磁场为在其中心轴具有1350高斯的最小强度的线圈状磁场。在填充有处理溶液（如以上所述）的不锈钢浴中将种子置于网袋中，并将该浴插入该磁室中。
实施例2
通过FACS评估倍性水平
下面的表2示出了依照通过FACS分析的任意单位的DNA含量。首先，确定二倍体、四倍体（硬粒小麦）和六倍体（面包）小麦的倍性水平。然后，将该四倍体小麦的基线设定为300。该倍增系的倍性在表中被指示。显然，同时获得了完全倍增（8N）和部分倍增（6N）的植物。
表2
名称 世代 倍性水平 FACS结果 注释
4-对照 F6+ 4n 340 四倍体硬粒小麦
4-37 D5 EP 500 稳定的高倍性硬粒小麦
EP-代表增强的多倍体或诱导多倍体系或诱导多倍体杂种。
“4-对照”是用于基因组倍增的等基因四倍体系。每个植物家族是不同的成功基因组倍增的花序（inflorence）的自交种（self-seed）。“4-37”D5表明该植物分别为基因组倍增流程后的第五代。
此外，D5表示如使用上述实施例1的方案生成的倍性比等基因来源植物更高的诱导多倍体系植物。
实施例3
该基因组倍增的硬粒小麦的表型表征
对根据实施例1的教导产生的倍增硬粒小麦第四代（D4）进行各种表型分析，包括千粒重（thousand seeds weight）、穗长、穗宽和小穗数量。结果列于下面表3中。在图1A-1F中提供了该基因组倍增的植物的代表性图片。
表3
名称 世代 倍性水平 千粒重 穗长 穗宽 小穗数
4对照 F8+ 4n 46.5 9 2 31
4(41)1 D4 8n 58.3 11.5 2.4 31
4(43)1 D4 8n 47.8 10 2 31
4(44)1 D4 8n 54.1 11 2.2 31
4(46)1 D4 6n 45.8 9.5 2 31
4(46)2 D4 6n 48.6 10 2 31
实施例4
来自6N硬粒小麦和6N面包小麦的杂种植物的世代
六倍体雌性硬粒小麦系(4(37)如具有F8+作为等基因四倍体亲本的实施例1中所描述的生成。使该倍增的雌性系与该面包小麦雄性系2-2010(10)1杂交，以产生杂种植物，指定为HF1W20(635)1。该杂种相对于野生型面包小麦展现出优越的性状，如由穗数、穗长、小穗数、粒重、总重和植物产量证明的（参见以下表4）。在图2A-2C中提供了该杂种植物的代表性图片。
表4
实施例5
以商业立足点的条（strip）的表型表征
在基本准备之后，如以下详细说明，使种子在苗圃中预生长并以商业立足点一条条地（在条带地中，in strips）移植。试验样地（plot）通过滴灌（drip irrigation）灌溉。数据从随机重复的四个区组（block）中收集。样地面积为18.2m2。以200粒种子/m2的密度播种。与小粒谷类作物（smallgrain）实验结合起来进行收获。分别将每个样地收到新的袋子中。在重量和产量测定后清洗种子。
“201-对照”-Triticum durum（春硬粒小麦）。
“207EP”-Triticum durum EP（春硬粒小麦）。
“208EP”-Triticum durum EP（春硬粒小麦）。
表5
因此，具有部分或完全倍增基因组的多倍体系硬粒小麦植物的所有被测试谷粒与在相同发育阶段和生长条件下的对照植物的谷粒相比展现出较高的千粒重（1000粒种子重量，1000seeds weight）。种子粒重是最重要的产量性能之一。这些结果支持目前分析中证明的高作物产量。事实上，该多倍体品系与对照植物相比展现出作物产量中约百分之九的增加。因此，展现出充分结籽（full seed set）的该植物表明，诱导多倍体（EP）植物具有至少相当于该对照植物的育性。
实施例6
单个多倍体品系和杂种的表型分析
在基本准备之后，使用除草剂清理田地并种植实验植物，包括对照植物，使种子在苗圃中预生长并以25cm的行间距一行行地移植。数据从每个系1-5株植物收集。试验样地通过滴灌灌溉。清洗种子，计算重量和产量。
“5-57-对照”-普通小麦对照（春小麦），6n。
“4-31-对照”-硬粒小麦（春小麦），4n。
“4-37-对照”-硬粒小麦EP（春小麦）。
843-由“10-57-对照”（雌性春季普通小麦，6n）ד4-37-对照”（雄性春季硬粒小麦EP）杂交的多倍体杂种植物
837（843的倒易移位（reciprocal））-由“4-37-对照”（雌性春季硬粒小麦EP）ד5-57-对照”（雄性春季普通小麦，6n）杂交的多倍体杂种植物。
表6
系/杂种名称 杂交 物种类型
5-57-对照 普通小麦（6n）
4-31-对照 硬粒小麦（4n）
4-37-EP 多倍体硬粒小麦
843 5-57-对照×4-37-EP 普通小麦（6n）×硬粒小麦EP
837 4-37-EP×5-57-对照 普通小麦（6n）×硬粒小麦EP
表7：与雌性植物相比多倍体杂种植物的植物高度
名称 倍性水平 植物高度
5-57-对照 6n 75
4-31-对照 6n 92
4-37-EP 6n 90
843 EP 86
837 EP 90
因此，具有部分或完全倍增的基因组的硬粒小麦植物展现出基本上与该等基因四倍体对照相同的或比该等基因四倍体对照更高的高度。
表8：与对照植物相比多倍体杂种植物的粒重
名称 倍性水平 千粒重
5-57-对照 6n 53.2
4-31-对照 6n 48.0
4-37-EP 6n 45.5
843 EP 45.0
837 EP 57.8
因此，具有部分或完全倍增的基因组的该多倍体杂种硬粒小麦植物的所有经测试的谷粒与在相同发育阶段和生长条件下的对照植物的谷粒相比展现出类似的重量或更低的重量。该EP-系或杂种中的种子粒重可比等基因来源中的更低，而该EP-系或杂种中的粒重/植物或粒重/生长面积可比等基因来源中的更高。这些结果支持了目前分析中证明的高作物产量。
表9：与对照植物相比多倍体杂种植物的谷粒蛋白含量
名称 倍性水平 谷粒蛋白含量
5-57-对照 6n 18.0
4-31-对照 6n 17.6
4-37-EP 6n 18.5
843 EP 19.3
837 EP 20.7
因此，本结果表明，该多倍体杂种植物谷粒蛋白含量与该普通小麦对照植物的相比高7%-15%且与该硬粒小麦对照植物的相比高9.6%-15%。此外，该EP硬粒小麦植物的谷粒蛋白含量比该硬粒小麦对照植物高5%。因此，该基因组倍增方案影响了该多倍体杂种以及该EP硬粒小麦植物中的谷粒蛋白含量。
表10：与对照植物相比多倍体杂种植物的粒重
因此，该具有部分或完全倍增的基因组的多倍体杂种硬粒小麦植物展现出粒重的显著增加，表明在相同发育阶段和生长条件下与普通小麦对照植物相比高达110%的作物产量增加和与该硬粒小麦对照植物相比高达15.7%的作物产量增加。因此，展现出充分结籽的该植物表明，该诱导多倍体（EP）植物和杂种具有至少相当于对照植物的育性。
表11：与对照植物相比多倍体杂种植物的干物质重量
因此，该具有部分或完全倍增的基因组的多倍体杂种硬粒小麦植物与在相同发育阶段和生长条件下的对照植物相比表现出百分之几十的干物质重量的增加。因此，该更大数量的干物质重量表明该多倍体杂种植物中高生物量的积累。此外，这些结果表明，与对照植物相比，活力和杂种优势效应在该杂种植物中较高。
表12：与雌性对照系相比多倍体杂种的穗数据
名称 穗长 穗宽 种子数/小穗
5-57-对照 15.0 3.0 8.5
4-31-对照 7.5 2.5 4.5
4-37-EP 10.0 3.0 3.5
843 18.5 2.2 7
837 15.0 2.0 5
因此，本结果表明，当比较EP硬粒小麦植物与硬粒对照小麦时，穗长和穗宽均较高。所有EP植物、EP系以及杂种与对照硬粒小麦相比表现出较高的穗长和穗宽。总之，EP硬粒小麦与普通小麦植物杂交导致了较高的穗长和穗宽。
尽管本发明已结合其具体实施方式进行了描述，但很明显的是，许多替换、修改和变型对于本领域技术人员将是显而易见的。因此，旨在包括所有落在所附权利要求的精神和宽广范围内的这些替换、修改和变型。
在本说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请在本文中以参考的方式将其整体并入到本说明书中，达到如同每个单独的出版物、专利或专利申请被具体和分别地指明通过参考的方式并入本文的相同程度。此外，在本申请中任何参考文献的引用或识别不应被看作是承认这些参考文献可作为本发明的现有技术而利用。对于小节标题的使用程度，它们不应被看作为必要的限制。
54008
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Claims (44)

1.一种具有部分或完全倍增的基因组的硬粒小麦植物，当在相同条件下生长并处于相同发育阶段时其至少与和所述基因组倍增的硬粒小麦植物等基因的四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物一样可育。
2.一种杂种植物，具有权利要求1所述的植物作为亲代祖先。
3.一种杂种硬粒小麦植物，具有部分或完全倍增的基因组。
4.一种种植场，包括权利要求1、2或3所述的植物。
5.一种播种场，包括权利要求1、2或3所述的植物的种子。
6.根据权利要求1、2或3所述的植物，是非转基因的。
7.根据权利要求1所述的植物，在相同发育阶段和生长条件下具有至少类似于所述四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物的穗数。
8.根据权利要求1所述的植物，在相同发育阶段和生长条件下具有至少类似于所述四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物的穗宽。
9.根据权利要求1所述的植物，在相同发育阶段和生长条件下具有至少类似于所述四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物的小穗数。
10.根据权利要求1所述的植物，在相同发育阶段和生长条件下具有至少类似于所述四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物的穗长。
11.根据权利要求1所述的植物，在相同发育阶段和生长条件下具有至少类似于所述四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物的粒重。
12.根据权利要求1所述的植物，在相同发育阶段和生长条件下具有至少类似于所述六倍体普通小麦（Triticum durum）植物的谷粒产量/面积。
13.根据权利要求1所述的植物，在相同发育阶段和生长条件下具有至少类似于所述四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物的谷粒产量/植物。
14.根据权利要求1或3所述的植物，在相同发育阶段和生长条件下具有类似于所述四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物的谷粒尺寸。
15.根据权利要求1或3所述的植物，在相同发育阶段和生长条件下具有类似于所述四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物的谷粒蛋白含量。
16.根据权利要求1或3所述的植物，在相同发育阶段和生长条件下具有类似于所述四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物的干物质重量。
17.根据权利要求1或3所述的植物，在相同发育阶段和生长条件下与所述四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物一样高。
18.根据权利要求1或3所述的植物，在相同发育阶段和生长条件下具有至少类似于所述四倍体硬粒小麦（Triticum durum）植物的种子数/穗。
19.根据权利要求1所述的植物，其中所述育性通过以下至少一种确定：
每株植物的种子数量；
配子育性测定；以及
乙酸胭脂红花粉染色。
20.根据权利要求1所述的植物，为六倍体。
21.根据权利要求1所述的植物，为八倍体。
22.根据权利要求1所述的植物，能够与六倍体小麦杂交育种。
23.根据权利要求22所述的植物，其中所述六倍体小麦为面包小麦（Triticum aestivum L.）。
24.权利要求1-23中任一项所述的硬粒小麦植物的植物部分。
25.权利要求1-23中任一项所述的植物或植物部分的加工产品。
26.根据权利要求25所述的加工产品，选自由食品、饲料、建筑材料和生物燃料组成的组。
27.根据权利要求26所述的加工产品，其中所述食品或饲料选自由挤出或非挤出意大利面食、通心粉产品、蒸粗麦粉、小麦片、烤绿麦、早餐谷类食品、面包、点心、家禽和家畜饲料所构成的组。
28.一种由权利要求1-23中任一项所述的植物或植物部分生产的粉。
29.根据权利要求24所述的植物部分，为种子。
30.一种权利要求1-23中任一项所述的硬粒小麦植物的分离的可再生细胞。
31.根据权利要求29所述的细胞，在培养中对于至少5次传代表现出基因组稳定性。
32.根据权利要求30所述的细胞，来自分生组织、花粉、叶、根、根尖、花药、雌蕊、花、种子或茎。
33.一种包含权利要求30或32所述的可再生细胞的组织培养物。
34.一种生产硬粒小麦种子的方法，包括使权利要求1-23中任一项所述的植物自交育种或杂交育种。
35.一种利用植物育种技术来形成杂种植物的方法，所述方法包括使用权利要求1或2所述的植物作为自交育种和/或杂交育种的育种材料来源。
36.一种生产硬粒小麦粉的方法，所述方法包括：
（a）收获权利要求1-23中任一项所述的硬粒小麦植物或植物部分的谷粒；以及
（b）加工所述谷粒以产生所述硬粒小麦粉。
37.一种产生具有部分或完全倍增基因组的硬粒小麦种子的方法，所述方法包括在瞬时施加的磁场下使硬粒小麦（Triticum durum）种子与G2/M细胞周期抑制剂接触，从而产生所述具有部分或完全倍增基因组的硬粒小麦种子。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述G2/M细胞周期抑制剂包括微管聚合抑制剂。
39.根据权利要求38所述的方法，其中所述微管聚合抑制剂选自由秋水仙素、诺考达唑、黄草消、氟乐灵和硫酸长春碱组成的组。
40.根据权利要求37所述的方法，进一步包括在所述接触之前声波处理所述种子。
41.根据权利要求37所述的方法，进一步包括使所述种子与DNA保护剂接触。
42.根据权利要求41所述的方法，其中所述DNA保护剂选自由抗氧化剂和组蛋白组成的组。
43.一种具有部分或完全倍增基因组的硬粒小麦植物的代表性种子的样品，当在相同条件下生长并处于相同发育阶段时，其至少与和所述基因组倍增的硬粒小麦植物等基因的四倍体硬粒小麦（Triticumdurum）植物一样可育，其中所述样品已根据布达佩斯条约以NCIMB42002保藏于NCIMB。
44.一种具有部分或完全倍增基因组的硬粒小麦植物的代表性种子的样品，当在相同条件下生长并处于相同发育阶段时，其至少与和所述基因组倍增的硬粒小麦植物等基因的四倍体硬粒小麦（Triticumdurum）植物一样可育，其中具有所述部分或完全倍增基因组的所述硬粒小麦植物的所述样品已根据布达佩斯条约以NCIMB42002保藏于NCIMB。
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