A burgonya nemcsak étkezési szénhidrátforrás az emberek számára, hanem számos ipari alkalmazáshoz keményítőforrás is. Az A&M AgriLife texasi tudósai azt vizsgálják, hogyan lehet megváltoztatni a burgonyában lévő két keményítőmolekula – az amilóz és az amilopektin – arányát a növény kulináris és ipari felhasználásának növelése érdekében.
Például a magas amilopektintartalmú viaszos burgonyát bioműanyagok, élelmiszer-adalékanyagok, ragasztók és alkohol előállításához használják.
A közelmúltban az International Journal of Molecular Sciences és a Plant Cell, Tissue and Organ Culture című folyóiratban megjelent két közlemény azt vizsgálja, hogy a CRISPR technológia hogyan javíthatja a burgonya felhasználását.
Mindkét tanulmány Stephanie Toinga, Ph.D. végzett munkáját tartalmazza, aki Kirti Rathor, Ph.D., AgriLife növényi biotechnológus, a Texas A&M Növénygenomikai és Biotechnológiai Intézet és a Talajtani Tanszék laboratóriumának végzett hallgatója volt. Mindkét tanulmány társszerzője Isabelle Weils, Ph.D., a texasi A&M Kertészeti Tudományok Tanszékének AgriLife Research burgonya-nemesítője.
"A két tanulmányból szerzett információ és tudás segít abban, hogy más kívánatos tulajdonságokat is bevigyünk ebbe a nagyon fontos növénybe" - mondta Rathor.
Burgonya tények
A burgonyát több mint 160 országban termesztik 40,8 millió hektáron, és több mint egymilliárd ember alapvető élelmiszere.
Egy közepes méretű burgonya körülbelül 160 kalóriát tartalmaz, többnyire keményítőből származik, mondja Rathor, ezért a gumók fontos energiaforrások sok ember számára szerte a világon. A burgonya más alapvető tápanyagokat is tartalmaz, beleértve a vitaminokat és ásványi anyagokat.
A keményítő kulcsfontosságú mind az étkezési, mind az ipari felhasználásban.
A burgonyagumóban lévő keményítő mennyisége a fő tényező a burgonya felhasználásának meghatározásában.
Wales szerint a magas keményítőtartalmú burgonyát gyakran használják feldolgozott élelmiszerek, például sült krumpli, chips és szárított burgonya készítésére.
Az alacsony és közepes keményítőtartalmú burgonyát gyakran használják frissen vagy étkezési burgonyaként, mondja. A gumók friss fogyasztásakor további fontos tényezők a gumó megjelenése, beleértve a héj szerkezetét, a héj színét, a hús színét és a gumó alakját. A közelmúltban megjelentek a különféle formájú burgonya speciális fajtái, például a baba; A vörös, lila vagy sárga héjú és húsú termékek könnyű elkészíthetőségük és megnövekedett tápértékük miatt egyre népszerűbbek.
Ezenkívül burgonyakeményítőből etanol állítható elő üzemanyagként vagy alkoholos italokhoz; biológiailag lebomló műanyag helyettesítő; vagy ragasztók, kötőanyagok, texturáló szerek és töltőanyagok a gyógyszer-, textil-, fa- és papíripar és más gazdasági ágazatok számára.
Ipari alkalmazásoknál fontos figyelembe venni a burgonyában lévő keményítő mennyiségét és típusát.
Toinga úgy véli, hogy a magas amilopektintartalmú keményítők egyedi funkcionális tulajdonságaik miatt kívánatosak élelmiszerekben és más ipari felhasználásokban. Például az ilyen keményítők az előnyben részesített formák élelmiszerekben stabilizátorként és sűrítőszerként, valamint salátaöntetekben emulgeálószerként való felhasználásra. A fagyasztás-olvadás stabilitása miatt az amilopektin keményítőt fagyasztott élelmiszerekben használják. Ezenkívül az amilopektin-keményítőben gazdag burgonya magasabb szintű etanolt termel, mint a más keményítőket tartalmazó burgonya.
A válogatott keményítővel végzett burgonya nemesítés előnyei
Toinga szerint a módosított keményítőt tartalmazó burgonyafajták fejlesztése új lehetőségeket nyithat meg. A magas amilopektin- és alacsony amilóztartalmú burgonya, mint például a génszerkesztett Yukon Gold, amelyet az International Journal of Molecular Sciences című folyóiratban írt le, a hagyományos felhasználáson túlmenően ipari felhasználásra is alkalmas.
Ezzel szemben a magas amilózszintű és alacsony amilopektintartalmú burgonya kívánatos lenne emberi fogyasztásra, mondta Wales. Az amilóz úgy működik, mint a rost, és nem szabadít fel olyan könnyen glükózt, mint az amilopektin, ami alacsonyabb glikémiás indexet eredményez, és a burgonyát ízletesebbé teszi a cukorbetegek számára.
A CRISPR/Cas9 új lehetőségeket teremt
A CRISPR/Cas9 technológia kibővítette a tenyésztők rendelkezésére álló eszköztárat, és közvetlenebb és gyorsabb eszközt biztosít a kívánt tulajdonságok beépítésére a népszerű kereskedelmi terményfajtákba, jegyzi meg Weils. A hagyományos nemesítés hosszú folyamat, amely 10-15 évig is eltarthat.
Emellett a burgonya genomjának összetettsége miatt a megfelelő tulajdonságokkal rendelkező új fajták létrehozása kihívást jelent a hagyományos nemesítés számára – mondta. A molekuláris technológiák növelték a szelekció hatékonyságát, a CRISPR/Cas9 technológiát alkalmazó génszerkesztés pedig további összetettséget ad.
Továbbfejlesztett fajta Yukon Gold
Az első vizsgálatban értékelt különféle burgonyafajták közül a Yukon Gold regenerált a legjobban, ezért a második vizsgálatban ezt használták. Az eredmény egy magas amilopektin- és alacsony keményítőtartalmú burgonya volt.
"Az egyik kiütött növény, a T2-7 normális növekedési és termésjellemzőket mutatott, de teljesen mentes volt az amilóztól" - mondta Toinga.
A T2-7 gumókeményítőt a papír- és a textiliparban ipari alkalmazásokban használják ragasztó-/kötőanyagként, bioműanyagként és etanolgyártásban. Ennek a kísérleti mintának a gumókeményítője a fagyással és felengedéssel szembeni ellenálló képessége miatt kémiai módosítások nélkül is hasznos lehet a fagyasztott élelmiszerek előállításában. A keményítő egyetlen formájaként amilopektint tartalmazó burgonyából több etanolt is kell termelnie ipari felhasználásra vagy alkoholos italok előállítására.
E vizsgálatok következő lépéseként a csatlakozási T2-7 önbeporzást végeztünk, és kereszteztük Yukon Gold donortörzzsel és más burgonya klónokkal a transzgenikus elemek eltávolítása érdekében.