Kartupeļi ir ne tikai ogļhidrātu avots cilvēkiem, bet arī cietes avots daudzām rūpnieciskām vajadzībām. A&M AgriLife Teksasas zinātnieki pēta, kā mainīt divu kartupeļos esošo cietes molekulu – amilozes un amilopektīna – attiecību, lai palielinātu ražas kulinārijas un rūpniecisko izmantošanu.
Piemēram, vaskveida kartupeļus ar augstu amilopektīna saturu izmanto bioplastmasas, pārtikas piedevu, līmvielu un spirta ražošanā.
Divi dokumenti, kas nesen publicēti Starptautiskajā molekulāro zinātņu un augu šūnu, audu un orgānu kultūras žurnālā, pēta, kā CRISPR tehnoloģija var uzlabot kartupeļu izmantošanu.
Abos rakstos ir iekļauts darbs, ko paveikusi Ph.D. Stefānija Toinga, kura bija Teksasas A&M Augu genomikas un biotehnoloģijas institūta un Augsnes departamenta AgriLife augu biotehnoloģes, Ph.D. Kirti Ratoras laboratorijas maģistrantūras studente. Abu rakstu līdzautore bija arī Isabelle Weils, Ph.D., kartupeļu audzētāja AgriLife Research Teksasas A&M Dārzkopības zinātņu departamentā.
"Informācija un zināšanas, ko esam ieguvuši no šiem diviem pētījumiem, palīdzēs mums ieviest citas vēlamās iezīmes šajā ļoti svarīgajā kultūrā," sacīja Rators.
Fakti par kartupeļiem
Kartupeļus audzē vairāk nekā 160 valstīs 40,8 miljonu akru platībā, un tas ir galvenais pārtikas produkts vairāk nekā miljardam cilvēku.
Rators saka, ka vidēja izmēra kartupelis satur apmēram 160 kalorijas, kas galvenokārt iegūtas no cietes, tāpēc bumbuļi ir svarīgs enerģijas avots daudziem cilvēkiem visā pasaulē. Kartupeļi satur arī citas būtiskas uzturvielas, tostarp vitamīnus un minerālvielas.
Ciete ir ļoti svarīga gan uztura, gan rūpnieciskai lietošanai.
Cietes daudzums kartupeļu bumbuļos ir galvenais faktors, kas nosaka kartupeļu izmantošanu.
Velsa saka, ka kartupeļus ar augstu cietes saturu bieži izmanto tādu pārstrādātu pārtikas produktu pagatavošanai kā frī kartupeļi, čipsi un kaltēti kartupeļi.
Viņa saka, ka kartupeļus ar zemu un vidēju cietes saturu bieži izmanto svaigus vai kā galda kartupeļus. Bumbuļu lietošanai svaigā veidā papildus svarīgi faktori ir bumbuļu izskats, tostarp mizas struktūra, mizas krāsa, mīkstuma krāsa un bumbuļu forma. Pēdējā laikā ir parādījušās īpašas dažādu formu kartupeļu šķirnes, piemēram, mazulis; ar sarkanu, purpursarkanu vai dzeltenu ādu un mīkstumu kļūst populāri to vienkāršās pagatavošanas un paaugstinātās uzturvērtības dēļ.
Turklāt no kartupeļu cietes var ražot etanolu degvielai vai alkoholiskajiem dzērieniem; bioloģiski noārdāms plastmasas aizstājējs; vai līmvielas, saistvielas, tekstūras aģenti un pildvielas farmācijas, tekstila, koka un papīra rūpniecībai un citām tautsaimniecības nozarēm.
Rūpnieciskiem lietojumiem ir svarīgi ņemt vērā cietes daudzumu un veidu kartupeļos.
Toinga uzskata, ka augsta amilopektīna ciete ir vēlama pārtikā un citos rūpnieciskos lietojumos to unikālo funkcionālo īpašību dēļ. Piemēram, šādas cietes ir vēlamā forma izmantošanai kā stabilizators un biezinātājs pārtikas produktos un kā emulgators salātu mērcēs. Tā kā amilopektīna ciete ir stabila sasaldēšanas un atkausēšanas laikā, to izmanto saldētiem pārtikas produktiem. Turklāt kartupeļi, kas bagāti ar amilopektīna cieti, ražo augstāku etanola līmeni, salīdzinot ar kartupeļiem ar citām cietēm.
Ieguvumi no kartupeļu audzēšanas ar atlasītu cieti
Toinga saka, ka ar cieti modificētu kartupeļu šķirņu izstrāde varētu pavērt jaunas iespējas. Kartupeļiem, kuros ir daudz amilopektīna un maz amilozes, piemēram, gēnu rediģētajam Yukon Gold, ko viņa aprakstīja Starptautiskajā molekulāro zinātņu žurnālā, ir rūpniecisks lietojums, kas pārsniedz to tradicionālos lietojumus.
Turpretim kartupeļi ar augstu amilozes līmeni un zemu amilopektīna līmeni būtu vēlami lietošanai pārtikā, sacīja Velsa. Amiloze darbojas kā šķiedra un neizdala glikozi tik viegli kā amilopektīns, kā rezultātā samazinās glikēmiskais indekss un kartupeļi ir garšīgāki cilvēkiem ar cukura diabētu.
CRISPR/Cas9 rada jaunas iespējas
CRISPR/Cas9 tehnoloģija ir paplašinājusi selekcionāriem pieejamo rīku komplektu un nodrošina tiešāku un ātrāku līdzekli vēlamo īpašību iekļaušanai populārajās komerciālajās kultūraugu šķirnēs, atzīmē Weils. Tradicionālā audzēšana ir ilgs process, kas var ilgt 10-15 gadus.
Turklāt kartupeļu genoma sarežģītā rakstura dēļ jaunu šķirņu izveide ar pareizo vēlamo īpašību kopumu ir izaicinājums parastajai audzēšanai, viņa sacīja. Molekulārās tehnoloģijas ir palielinājušas atlases efektivitāti, un gēnu rediģēšana, izmantojot CRISPR/Cas9 tehnoloģiju, palielina vēl vienu sarežģītības pakāpi.
Uzlabota šķirne Yukon Gold
No dažādajām pirmajā pētījumā novērtētajām kartupeļu šķirnēm Yukon Gold atjaunojās vislabāk, tāpēc to izmantoja otrajā pētījumā. Rezultātā tika iegūts kartupelis ar augstu amilopektīna saturu un zemu amilozes saturu cietē.
"Vienam no izsistajiem augiem, T2-7, bija normālas augšanas un ražas īpašības, taču tajā nebija amilozes," sacīja Toinga.
Bumbuļu ciete, T2-7, ir rūpnieciski pielietojama papīra un tekstilrūpniecībā kā līme/saistviela, bioplastmasa un etanola ražošana. Šī eksperimentālā parauga bumbuļu cietei, pateicoties tās izturībai pret sasalšanu un atkausēšanu bez nepieciešamības veikt ķīmiskas modifikācijas, vajadzētu būt noderīgai arī saldētu pārtikas produktu ražošanā. Kartupeļiem ar amilopektīnu kā vienīgo cietes veidu vajadzētu iegūt vairāk etanola rūpnieciskai lietošanai vai alkoholisko dzērienu ražošanai.
Kā nākamais solis šajos pētījumos tika veikta pievienošanās T2-7 pašapputes un krustošana ar Yukon Gold donorcelmu un citiem kartupeļu kloniem, lai likvidētu transgēnos elementus.