Poteten er ikke bare en kilde til kostholdskarbohydrater for mennesker, men også en kilde til stivelse for en rekke industrielle bruksområder. A&M AgriLife Texas-forskere studerer hvordan man kan endre forholdet mellom to stivelsesmolekyler i poteter - amylose og amylopektin - for å øke avlingens kulinariske og industrielle bruk.
For eksempel brukes voksaktige poteter med høyt amylopektininnhold i produksjon av bioplast, mattilsetningsstoffer, lim og alkohol.
To artikler som nylig ble publisert i International Journal of Molecular Sciences and Plant Cell, Tissue and Organ Culture, utforsker hvordan CRISPR-teknologi kan forbedre potetutnyttelsen.
Begge papirene inkluderer arbeid utført av Stephanie Toinga, Ph.D., som var en doktorgradsstudent i laboratoriet til Kirti Rathor, Ph.D., AgriLife Plant Biotechnologist ved Texas A&M Plant Genomics and Biotechnology Institute og Department of Soils. Medforfatter av begge papirene var også Isabelle Weils, PhD, AgriLife Research-potetoppdretter ved Texas A&M Department of Horticultural Science.
"Informasjonen og kunnskapen vi har fått fra disse to studiene vil hjelpe oss å introdusere andre ønskelige egenskaper i denne svært viktige avlingen," sa Rathor.
Potet fakta
Poteten dyrkes i over 160 land på 40,8 millioner dekar og er hovednæringen for over en milliard mennesker.
En middels stor potet inneholder omtrent 160 kalorier, hovedsakelig avledet fra stivelse, sier Rathor, og det er derfor knollene er en viktig energikilde for mange mennesker rundt om i verden. Poteter inneholder også andre viktige næringsstoffer, inkludert vitaminer og mineraler.
Stivelse er av sentral betydning for både diett og industriell bruk.
Mengden stivelse i potetknoller er hovedfaktoren for å bestemme bruken av poteter.
Poteter med høy stivelse brukes ofte til å lage bearbeidet mat som pommes frites, chips og tørkede poteter, sier Wales.
Poteter med lav og middels stivelse brukes ofte ferske eller som spisepoteter, sier hun. For fersk konsum av knoller er andre viktige faktorer knollens utseende, inkludert hudtekstur, hudfarge, kjøttfarge og knollform. Nylig har det dukket opp spesielle varianter av poteter av forskjellige former, for eksempel baby; med rød, lilla eller gul hud og kjøtt blir populært på grunn av deres enkle tilberedning og økte næringsverdi.
I tillegg kan etanol produseres av potetstivelse for drivstoff eller alkoholholdige drikker; biologisk nedbrytbar plasterstatning; eller lim, bindemidler, tekstureringsmidler og fyllstoffer for farmasøytisk, tekstil, tre- og papirindustri og andre sektorer av økonomien.
For industrielle applikasjoner er det viktig å vurdere mengden og typen stivelse i poteter.
Toinga mener at stivelse med høyt amylopektin er ønskelig for mat og annen industriell bruk på grunn av deres unike funksjonelle egenskaper. For eksempel er slike stivelser den foretrukne formen for bruk som stabilisator og fortykningsmiddel i matvarer og som emulgator i salatdressinger. På grunn av fryse-tine-stabiliteten brukes amylopektinstivelse i frossen mat. I tillegg produserer poteter rike på amylopektinstivelse høyere nivåer av etanol sammenlignet med poteter med annen stivelse.
Fordeler med potetavl med utvalgt stivelse
Toinga sier utvikling av stivelsesmodifiserte potetsorter kan åpne for nye muligheter. Poteter som er høye i amylopektin og lite amylose, slik som det genredigerte Yukon Gold hun beskrev i International Journal of Molecular Sciences, har industrielle bruksområder utover deres tradisjonelle bruk.
I motsetning til dette vil poteter med høye amylosenivåer og lavt amylopektin være ønskelig for konsum, sa Wales. Amylose fungerer som fiber og frigjør ikke glukose like lett som amylopektin, noe som resulterer i en lavere glykemisk indeks og gjør poteter mer velsmakende for personer med diabetes.
CRISPR/Cas9 skaper nye muligheter
CRISPR/Cas9-teknologien har utvidet verktøykassen tilgjengelig for oppdrettere og gir en mer direkte og raskere måte å inkorporere ønskede egenskaper i populære kommersielle avlingsvarianter, bemerker Weils. Tradisjonell avl er en lang prosess som kan ta 10-15 år.
I tillegg, på grunn av den komplekse naturen til potetgenomet, er det en utfordring for konvensjonell avl å skape nye varianter med riktig sett av ønskelige egenskaper, sa hun. Molekylære teknologier har økt effektiviteten av seleksjon, og genredigering ved bruk av CRISPR/Cas9-teknologi tilfører enda et lag med kompleksitet.
Forbedret variasjon Yukon Gold
Blant de forskjellige potetsortene som ble evaluert i den første studien, regenererte Yukon Gold den beste, så den ble brukt i den andre studien. Resultatet ble en potet med høyt innhold av amylopektin og lavt innhold av amylose i stivelse.
"En av de utslåtte plantene, T2-7, viste normal vekst og avlingsegenskaper, men var fullstendig blottet for amylose," sa Toinga.
Knollstivelse, T2-7, har industrielle anvendelser i papir- og tekstilindustrien som lim/bindemiddel, bioplast og etanolproduksjon. Knollstivelsen i denne forsøksprøven, på grunn av dens motstand mot frysing og tining uten behov for kjemiske modifikasjoner, bør også være nyttig i produksjon av frossen mat. Poteter med amylopektin som eneste form for stivelse bør også gi mer etanol for industriell bruk eller for å lage alkoholholdige drikkevarer.
Som et neste trinn i disse studiene ble tiltredelse T2-7 selvpollinert og krysset med en donorstamme av Yukon Gold og andre potetkloner for å eliminere transgene elementer.