Zemiaky nie sú len zdrojom uhľohydrátov v potrave pre ľudí, ale aj zdrojom škrobu pre mnohé priemyselné aplikácie. Vedci z A&M AgriLife Texas študujú, ako zmeniť pomer dvoch molekúl škrobu v zemiakoch – amylózy a amylopektínu – aby sa zvýšilo kulinárske a priemyselné využitie tejto plodiny.
Napríklad voskové zemiaky s vysokým obsahom amylopektínu sa používajú pri výrobe bioplastov, potravinárskych prísad, lepidiel a alkoholu.
Dva články nedávno publikované v International Journal of Molecular Sciences and Plant Cell, Tissue and Organ Culture skúmajú, ako môže technológia CRISPR zlepšiť využitie zemiakov.
Obidva články zahŕňajú prácu, ktorú vykonala Stephanie Toinga, Ph.D., ktorá bola postgraduálnou študentkou v laboratóriu Kirti Rathor, Ph.D., biotechnológa pre rastliny AgriLife na Texas A&M Plant Genomics and Biotechnology Institute a Department of Soils. Spoluautorom oboch článkov bola aj Isabelle Weils, PhD, šľachtiteľka zemiakov AgriLife Research na Texas A&M Department of Horticultural Science.
"Informácie a poznatky, ktoré sme získali z týchto dvoch štúdií, nám pomôžu zaviesť ďalšie žiaduce vlastnosti do tejto veľmi dôležitej plodiny," povedal Rathor.
Fakty o zemiakoch
Zemiaky sa pestujú vo viac ako 160 krajinách na ploche 40,8 milióna akrov a sú základnou potravinou pre viac ako miliardu ľudí.
Stredne veľký zemiak obsahuje asi 160 kalórií, väčšinou odvodených zo škrobu, hovorí Rathor, a preto sú hľuzy dôležitým zdrojom energie pre mnohých ľudí na celom svete. Zemiaky obsahujú aj ďalšie základné živiny vrátane vitamínov a minerálov.
Škrob má kľúčový význam pre diétne aj priemyselné využitie.
Množstvo škrobu v hľuzách zemiakov je hlavným faktorom pri určovaní použitia zemiakov.
Zemiaky s vysokým obsahom škrobu sa často používajú na výrobu spracovaných potravín, ako sú hranolky, hranolky a sušené zemiaky, hovorí Wales.
Zemiaky s nízkym a stredným škrobom sa často používajú čerstvé alebo ako stolové zemiaky, hovorí. Pre čerstvú konzumáciu hľúz sú ďalšími dôležitými faktormi vzhľad hľúz vrátane štruktúry šupky, farby šupky, farby dužiny a tvaru hľúz. Nedávno sa objavili špeciálne odrody zemiakov rôznych tvarov, ako napríklad baby; s červenou, fialovou alebo žltou šupkou a dužinou sa stávajú obľúbenými pre ich jednoduchú prípravu a zvýšenú nutričnú hodnotu.
Okrem toho sa etanol môže vyrábať zo zemiakového škrobu na palivo alebo alkoholické nápoje; biodegradovateľná náhrada plastov; alebo lepidlá, spojivá, textúrovacie činidlá a plnivá pre farmaceutický, textilný, drevársky a papierenský priemysel a iné odvetvia hospodárstva.
Pre priemyselné aplikácie je dôležité zvážiť množstvo a typ škrobu v zemiakoch.
Toinga verí, že škroby s vysokým obsahom amylopektínu sú žiaduce pre potravinárske a iné priemyselné využitie kvôli ich jedinečným funkčným vlastnostiam. Napríklad takéto škroby sú výhodnou formou na použitie ako stabilizátor a zahusťovadlo v potravinách a ako emulgátor v šalátových dresingoch. Kvôli svojej stabilite pri zmrazovaní a rozmrazovaní sa amylopektínový škrob používa v mrazených potravinách. Okrem toho zemiaky bohaté na amylopektínový škrob produkujú vyššie hladiny etanolu v porovnaní so zemiakmi s inými škrobmi.
Výhody šľachtenia zemiakov s vybraným škrobom
Toinga hovorí, že vývoj odrôd zemiakov modifikovaných škrobom by mohol otvoriť nové možnosti. Zemiaky s vysokým obsahom amylopektínu a nízkym obsahom amylózy, ako napríklad génom upravený Yukon Gold, ktorý opísala v International Journal of Molecular Sciences, majú priemyselné využitie nad rámec ich tradičného použitia.
Naopak, zemiaky s vysokými hladinami amylózy a nízkym amylopektínom by boli žiaduce na ľudskú spotrebu, povedal Wales. Amylóza pôsobí ako vláknina a neuvoľňuje glukózu tak ľahko ako amylopektín, čo vedie k nižšiemu glykemickému indexu a vďaka tomu sú zemiaky chutnejšie pre ľudí s cukrovkou.
CRISPR/Cas9 vytvára nové príležitosti
Technológia CRISPR/Cas9 rozšírila súpravu nástrojov dostupnú pre šľachtiteľov a poskytuje priamejšie a rýchlejšie prostriedky na začlenenie požadovaných vlastností do populárnych komerčných odrôd plodín, poznamenáva Weils. Tradičné šľachtenie je dlhý proces, ktorý môže trvať 10-15 rokov.
Okrem toho, vzhľadom na komplexnú povahu genómu zemiakov, je vytváranie nových odrôd so správnym súborom požadovaných vlastností výzvou pre konvenčné šľachtenie, hovorí. Molekulárne technológie zvýšili efektivitu selekcie a úprava génov pomocou technológie CRISPR/Cas9 pridáva ďalšiu vrstvu zložitosti.
Vylepšená odroda Yukon Gold
Spomedzi rôznych odrôd zemiakov hodnotených v prvej štúdii sa Yukon Gold regeneroval najlepšie, preto sa použil v druhej štúdii. Výsledkom bol zemiak s vysokým obsahom amylopektínu a nízkym obsahom amylózy v škrobe.
"Jedna z vyradených rastlín, T2-7, vykazovala normálny rast a výnosové charakteristiky, ale bola úplne bez amylózy, " povedal Toinga.
Hľuzový škrob, T2-7, má priemyselné využitie v papierenskom a textilnom priemysle ako lepidlo/spojivo, výroba bioplastov a etanolu. Hľuzový škrob tejto experimentálnej vzorky by mal byť vďaka svojej odolnosti voči mrazu a rozmrazovaniu bez potreby chemických úprav užitočný aj pri výrobe mrazených potravín. Zemiaky s amylopektínom ako jedinou formou škrobu by tiež mali produkovať viac etanolu na priemyselné využitie alebo na výrobu alkoholických nápojov.
Ako ďalší krok v týchto štúdiách sa prírastok T2-7 samoopelil a skrížil sa s donorovým kmeňom Yukon Gold a inými klonmi zemiakov, aby sa eliminovali transgénne elementy.