Η πατάτα δεν είναι μόνο πηγή διατροφικών υδατανθράκων για τον άνθρωπο, αλλά και πηγή αμύλου για πολλές βιομηχανικές εφαρμογές. Οι επιστήμονες της A&M AgriLife Texas μελετούν πώς να αλλάξουν την αναλογία δύο μορίων αμύλου στις πατάτες - αμυλόζη και αμυλοπηκτίνη - για να αυξήσουν τις μαγειρικές και βιομηχανικές χρήσεις της καλλιέργειας.
Για παράδειγμα, οι κηρώδεις πατάτες με υψηλή περιεκτικότητα σε αμυλοπηκτίνη χρησιμοποιούνται στην παραγωγή βιοπλαστικών, προσθέτων τροφίμων, συγκολλητικών ουσιών και αλκοόλης.
Δύο εργασίες που δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο International Journal of Molecular Sciences and Plant Cell, Tissue and Organ Culture διερευνούν πώς η τεχνολογία CRISPR μπορεί να βελτιώσει τη χρήση της πατάτας.
Και οι δύο εργασίες περιλαμβάνουν εργασία από τη Stephanie Toinga, Ph.D., η οποία ήταν μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο εργαστήριο Kirti Rathor, Ph.D., AgriLife Plant Biotechnologist στο Texas A&M Plant Genomics and Biotechnology Institute και στο Τμήμα Εδαφών. Επίσης συν-συγγραφέας και των δύο εργασιών ήταν η Isabelle Weils, Ph.D., κτηνοτρόφος πατάτας στο AgriLife Research στο Τμήμα Οπωροκηπευτικών Επιστημών του Τέξας A&M.
«Οι πληροφορίες και οι γνώσεις που έχουμε αποκτήσει από αυτές τις δύο μελέτες θα μας βοηθήσουν να εισαγάγουμε άλλα επιθυμητά χαρακτηριστικά σε αυτήν την πολύ σημαντική καλλιέργεια», είπε ο Ράθορ.
Γεγονότα πατάτας
Η πατάτα καλλιεργείται σε περισσότερες από 160 χώρες σε 40,8 εκατομμύρια στρέμματα και είναι η βασική τροφή για πάνω από ένα δισεκατομμύριο ανθρώπους.
Μια μεσαίου μεγέθους πατάτα περιέχει περίπου 160 θερμίδες, που προέρχονται κυρίως από άμυλο, λέει ο Rathor, γι' αυτό και οι κόνδυλοι αποτελούν σημαντική πηγή ενέργειας για πολλούς ανθρώπους σε όλο τον κόσμο. Οι πατάτες περιέχουν επίσης άλλα απαραίτητα θρεπτικά συστατικά, συμπεριλαμβανομένων βιταμινών και μετάλλων.
Το άμυλο είναι καίριας σημασίας τόσο για διαιτητικές όσο και για βιομηχανικές χρήσεις.
Η ποσότητα αμύλου στους κονδύλους της πατάτας είναι ο κύριος παράγοντας για τον καθορισμό της χρήσης της πατάτας.
Οι πατάτες με υψηλή περιεκτικότητα σε άμυλο χρησιμοποιούνται συχνά για την παρασκευή επεξεργασμένων τροφίμων όπως τηγανιτές πατάτες, πατατάκια και αποξηραμένες πατάτες, είπε η Ουαλία.
Οι πατάτες χαμηλού και μεσαίου αμύλου χρησιμοποιούνται συχνά νωπές ή ως επιτραπέζιες πατάτες, λέει. Για νωπή κατανάλωση κονδύλων, πρόσθετοι σημαντικοί παράγοντες είναι η εμφάνιση του κονδύλου, συμπεριλαμβανομένης της υφής του δέρματος, του χρώματος του δέρματος, του χρώματος της σάρκας και του σχήματος του κονδύλου. Πρόσφατα, εμφανίστηκαν ειδικές ποικιλίες πατάτας διαφόρων σχημάτων, όπως το baby. με κόκκινο, μωβ ή κίτρινο δέρμα και σάρκα γίνονται δημοφιλείς λόγω της ευκολίας προετοιμασίας και της αυξημένης θρεπτικής τους αξίας.
Επιπλέον, η αιθανόλη μπορεί να παραχθεί από άμυλο πατάτας για καύσιμα ή αλκοολούχα ποτά. βιοδιασπώμενο πλαστικό υποκατάστατο. ή κόλλες, συνδετικά, παράγοντες υφής και πληρωτικά για τη φαρμακευτική, την κλωστοϋφαντουργία, τη βιομηχανία ξύλου και χαρτιού και άλλους τομείς της οικονομίας.
Για βιομηχανικές εφαρμογές, είναι σημαντικό να λαμβάνεται υπόψη η ποσότητα και το είδος του αμύλου στις πατάτες.
Ο Toinga πιστεύει ότι τα άμυλα με υψηλή περιεκτικότητα σε αμυλοπηκτίνη είναι επιθυμητά για τρόφιμα και άλλες βιομηχανικές εφαρμογές λόγω των μοναδικών λειτουργικών τους ιδιοτήτων. Για παράδειγμα, τέτοια άμυλα είναι η προτιμώμενη μορφή για χρήση ως σταθεροποιητής και πυκνωτικό σε τρόφιμα και ως γαλακτωματοποιητής σε σάλτσες για σαλάτες. Λόγω της σταθερότητας κατάψυξης-απόψυξης, το άμυλο αμυλοπηκτίνης χρησιμοποιείται σε κατεψυγμένα τρόφιμα. Επιπλέον, οι πατάτες πλούσιες σε άμυλο αμυλοπηκτίνης παράγουν υψηλότερα επίπεδα αιθανόλης σε σύγκριση με τις πατάτες με άλλα άμυλα.
Οφέλη από την αναπαραγωγή πατάτας με επιλεγμένο άμυλο
Ο Toinga λέει ότι η ανάπτυξη ποικιλιών πατάτας τροποποιημένων με άμυλο θα μπορούσε να ανοίξει νέες δυνατότητες. Οι πατάτες με υψηλή περιεκτικότητα σε αμυλοπηκτίνη και χαμηλή σε αμυλόζη, όπως το γονιδιακά επεξεργασμένο Yukon Gold που περιέγραψε στο International Journal of Molecular Sciences, έχουν βιομηχανικές χρήσεις πέρα από τις παραδοσιακές τους χρήσεις.
Αντίθετα, οι πατάτες με υψηλά επίπεδα αμυλόζης και χαμηλή αμυλοπηκτίνη θα ήταν επιθυμητές για ανθρώπινη κατανάλωση, είπε ο Wales. Η αμυλόζη δρα σαν φυτικές ίνες και δεν απελευθερώνει γλυκόζη τόσο εύκολα όσο η αμυλοπηκτίνη, με αποτέλεσμα χαμηλότερο γλυκαιμικό δείκτη και καθιστώντας τις πατάτες πιο εύγευστες για άτομα με διαβήτη.
Το CRISPR/Cas9 δημιουργεί νέες ευκαιρίες
Η τεχνολογία CRISPR/Cas9 έχει επεκτείνει την εργαλειοθήκη που είναι διαθέσιμη στους κτηνοτρόφους και παρέχει έναν πιο άμεσο και ταχύτερο τρόπο ενσωμάτωσης επιθυμητών χαρακτηριστικών σε δημοφιλείς εμπορικές ποικιλίες καλλιεργειών, σημειώνει ο Weils. Η παραδοσιακή αναπαραγωγή είναι μια μακρά διαδικασία που μπορεί να διαρκέσει 10-15 χρόνια.
Επιπλέον, λόγω της πολύπλοκης φύσης του γονιδιώματος της πατάτας, η δημιουργία νέων ποικιλιών με το σωστό σύνολο επιθυμητών χαρακτηριστικών αποτελεί πρόκληση για τη συμβατική αναπαραγωγή, είπε. Οι μοριακές τεχνολογίες έχουν αυξήσει την αποτελεσματικότητα της επιλογής και η γονιδιακή επεξεργασία με χρήση της τεχνολογίας CRISPR/Cas9 προσθέτει άλλο ένα επίπεδο πολυπλοκότητας.
Βελτιωμένη ποικιλία Yukon Gold
Μεταξύ των διαφόρων ποικιλιών πατάτας που αξιολογήθηκαν στην πρώτη μελέτη, η Yukon Gold αναγέννησε τις καλύτερες, επομένως χρησιμοποιήθηκε στη δεύτερη μελέτη. Το αποτέλεσμα ήταν μια πατάτα με υψηλή περιεκτικότητα σε αμυλοπηκτίνη και χαμηλή περιεκτικότητα σε αμυλόζη στο άμυλο.
"Ένα από τα νοκ-άουτ φυτά, το T2-7, έδειξε φυσιολογική ανάπτυξη και χαρακτηριστικά απόδοσης, αλλά ήταν εντελώς απαλλαγμένο από αμυλόζη", είπε ο Toinga.
Το άμυλο κονδύλων, T2-7, έχει βιομηχανικές εφαρμογές στη βιομηχανία χαρτιού και κλωστοϋφαντουργίας ως συγκολλητικό/συνδετικό, βιοπλαστικό και παραγωγή αιθανόλης. Το άμυλο κονδύλων αυτού του πειραματικού δείγματος, λόγω της αντοχής του στην κατάψυξη και την απόψυξη χωρίς την ανάγκη χημικών τροποποιήσεων, θα πρέπει επίσης να είναι χρήσιμο στην παραγωγή κατεψυγμένων τροφίμων. Οι πατάτες με αμυλοπηκτίνη ως μοναδική μορφή αμύλου θα πρέπει επίσης να παράγουν περισσότερη αιθανόλη για βιομηχανική χρήση ή για τη δημιουργία αλκοολούχων ποτών.
Ως επόμενο βήμα σε αυτές τις μελέτες, η προσχώρηση Τ2-7 αυτογονιμοποιήθηκε και διασταυρώθηκε με ένα στέλεχος δότη Yukon Gold και άλλους κλώνους πατάτας για την εξάλειψη των διαγονιδιακών στοιχείων.