Krompir ni le vir prehranskih ogljikovih hidratov za ljudi, ampak tudi vir škroba za številne industrijske namene. Znanstveniki A&M AgriLife Texas preučujejo, kako spremeniti razmerje dveh škrobnih molekul v krompirju – amiloze in amilopektina –, da bi povečali kulinarično in industrijsko uporabo pridelka.
Na primer, voščeni krompir z visoko vsebnostjo amilopektina se uporablja pri proizvodnji bioplastike, aditivov za živila, lepil in alkohola.
Dva članka, ki sta bila nedavno objavljena v International Journal of Molecular Sciences and Plant Cell, Tissue and Organ Culture, raziskujeta, kako lahko tehnologija CRISPR izboljša uporabo krompirja.
Oba dokumenta vključujeta delo doktorice Stephanie Toinga, ki je bila podiplomska študentka v laboratoriju doktorice Kirti Rathor, biotehnologinje rastlin AgriLife na Inštitutu za genomiko in biotehnologijo rastlin v Teksasu A&M in Oddelku za tla. Soavtorica obeh prispevkov je bila tudi Isabelle Weils, doktorica znanosti, žlahtniteljica krompirja pri AgriLife Research na Oddelku za hortikulturo v Teksasu za A&M.
"Informacije in znanje, ki smo ga pridobili iz teh dveh študij, nam bodo pomagali uvesti druge zaželene lastnosti tega zelo pomembnega pridelka," je dejal Rathor.
Dejstva o krompirju
Krompir pridelujejo v več kot 160 državah na 40,8 milijona hektarjev in je osnovna hrana za več kot milijardo ljudi.
Srednje velik krompir vsebuje približno 160 kalorij, večinoma pridobljenih iz škroba, pravi Rathor, zato so gomolji pomemben vir energije za mnoge ljudi po vsem svetu. Krompir vsebuje tudi druge esencialne hranilne snovi, vključno z vitamini in minerali.
Škrob je ključnega pomena za prehransko in industrijsko uporabo.
Količina škroba v gomoljih krompirja je glavni dejavnik pri določanju uporabe krompirja.
Krompir z visoko vsebnostjo škroba se pogosto uporablja za pripravo predelane hrane, kot so pomfrit, čips in posušen krompir, pravi Wales.
Krompir z nizko in srednjo vsebnostjo škroba se pogosto uporablja svež ali kot namizni krompir, pravi. Za svežo porabo gomoljev so dodatni pomembni dejavniki videz gomolja, vključno s teksturo lupine, barvo lupine, barvo mesa in obliko gomolja. V zadnjem času se pojavljajo posebne sorte krompirja različnih oblik, kot je baby; z rdečo, vijolično ali rumeno kožo in mesom postajajo priljubljeni zaradi enostavne priprave in povečane hranilne vrednosti.
Poleg tega se lahko etanol proizvaja iz krompirjevega škroba za gorivo ali alkoholne pijače; biološko razgradljivi plastični nadomestek; ali lepila, veziva, sredstva za teksturiranje in polnila za farmacevtsko, tekstilno, lesno in papirno industrijo ter druge sektorje gospodarstva.
Za industrijsko uporabo je pomembno upoštevati količino in vrsto škroba v krompirju.
Toinga meni, da so škrobi z visoko vsebnostjo amilopektina zaradi svojih edinstvenih funkcionalnih lastnosti zaželeni za prehrano in druge industrijske namene. Takšni škrobi so na primer najprimernejša oblika za uporabo kot stabilizator in zgoščevalec v živilih ter kot emulgator v solatnih prelivih. Amilopektinski škrob se zaradi svoje stabilnosti pri zmrzovanju in odtajanju uporablja v zamrznjenih živilih. Poleg tega krompir, bogat z amilopektinskim škrobom, proizvaja višje ravni etanola v primerjavi s krompirjem z drugimi škrobi.
Prednosti vzreje krompirja z izbranim škrobom
Toinga pravi, da bi razvoj sort krompirja, modificiranih s škrobom, lahko odprl nove možnosti. Krompir z visoko vsebnostjo amilopektina in nizko vsebnostjo amiloze, kot je gensko urejen Yukon Gold, ki ga je opisala v International Journal of Molecular Sciences, ima industrijsko uporabo, ki presega tradicionalno uporabo.
Nasprotno pa bi bil krompir z visoko ravnmi amiloze in nizkim amilopektinom zaželen za prehrano ljudi, je dejal Wales. Amiloza deluje kot vlaknine in ne sprošča glukoze tako enostavno kot amilopektin, kar ima za posledico nižji glikemični indeks in naredi krompir bolj okusen za ljudi s sladkorno boleznijo.
CRISPR/Cas9 ustvarja nove priložnosti
Tehnologija CRISPR/Cas9 je razširila nabor orodij, ki je na voljo rejcem, in zagotavlja bolj neposredna in hitrejša sredstva za vključevanje želenih lastnosti v priljubljene komercialne sorte pridelkov, ugotavlja Weils. Tradicionalna vzreja je dolg proces, ki lahko traja 10-15 let.
Poleg tega je zaradi kompleksne narave krompirjevega genoma ustvarjanje novih sort s pravim naborom zaželenih lastnosti izziv za konvencionalno vzrejo, pravi. Molekularne tehnologije so povečale učinkovitost selekcije, urejanje genov s tehnologijo CRISPR/Cas9 pa doda še eno plast kompleksnosti.
Izboljšana sorta Yukon Gold
Med različnimi sortami krompirja, ocenjenimi v prvi študiji, se je Yukon Gold najbolje regeneriral, zato so ga uporabili v drugi študiji. Rezultat je bil krompir z visoko vsebnostjo amilopektina in nizko vsebnostjo amiloze v škrobu.
"Ena od izpadlih rastlin, T2-7, je pokazala normalno rast in značilnosti pridelka, vendar je bila popolnoma brez amiloze," je dejal Toinga.
Gomoljev škrob, T2-7, ima industrijsko uporabo v papirni in tekstilni industriji kot lepilo/vezivo, bioplastika in proizvodnja etanola. Gomoljev škrob tega poskusnega vzorca bi moral biti zaradi svoje odpornosti proti zmrzovanju in odmrzovanju brez potrebe po kemičnih modifikacijah uporaben tudi pri proizvodnji zamrznjenih živil. Krompir z amilopektinom kot edino obliko škroba bi moral dati tudi več etanola za industrijsko uporabo ali za proizvodnjo alkoholnih pijač.
Kot naslednji korak v teh študijah je bil pristop T2-7 samooprašen in križan z donorskim sevom Yukon Gold in drugimi kloni krompirja, da bi odstranili transgene elemente.