Kartöflurnar eru ekki aðeins uppspretta kolvetna í fæðu fyrir menn, heldur einnig sterkjugjafar til margra iðnaðarnota. Vísindamenn A&M AgriLife Texas eru að rannsaka hvernig breyta megi hlutfalli tveggja sterkjusameinda í kartöflum - amýlósi og amýlópektíni - til að auka matar- og iðnaðarnotkun ræktunarinnar.
Til dæmis eru vaxkenndar kartöflur með hátt amýlópektíninnihald notaðar við framleiðslu á lífplasti, matvælaaukefnum, límefnum og áfengi.
Tvær greinar sem nýlega voru birtar í International Journal of Molecular Sciences og Plant Cell, Tissue and Organ Culture kanna hvernig CRISPR tæknin getur bætt nýtingu kartöflunnar.
Báðar ritgerðirnar innihalda verk unnin af Stephanie Toinga, Ph.D., sem var framhaldsnemi á rannsóknarstofu Kirti Rathor, Ph.D., AgriLife Plant Biotechnologist við Texas A&M Plant Genomics and Biotechnology Institute og jarðvegsdeild. Isabelle Weils, Ph.D., kartöfluræktandi hjá AgriLife Research við Texas A&M Department of Horticultural Science, var einnig meðhöfundur beggja greina.
„Upplýsingarnar og þekkingin sem við höfum öðlast með þessum tveimur rannsóknum mun hjálpa okkur að kynna aðra æskilega eiginleika í þessari mjög mikilvægu ræktun,“ sagði Rathor.
Kartöflu staðreyndir
Kartöflurnar eru ræktaðar í yfir 160 löndum á 40,8 milljónum hektara og er grunnfæða yfir milljarð manna.
Meðalstór kartöflu inniheldur um 160 hitaeiningar, aðallega unnar úr sterkju, segir Rathor, og þess vegna eru hnýði mikilvæg orkugjafi fyrir marga um allan heim. Kartöflur innihalda einnig önnur nauðsynleg næringarefni, þar á meðal vítamín og steinefni.
Sterkja er afar mikilvæg fyrir bæði mataræði og iðnaðarnotkun.
Magn sterkju í kartöfluhnýði er aðalatriðið í því að ákvarða notkun á kartöflum.
Kartöflur með mikla sterkju eru oft notaðar til að búa til unnin matvæli eins og franskar kartöflur, franskar og þurrkaðar kartöflur, segir Wales.
Lítið og meðalsterkt kartöflur eru oft notaðar ferskar eða sem borðkartöflur, segir hún. Fyrir ferska neyslu hnýði eru fleiri mikilvægir þættir útlit hnýðisins, þar með talið húðáferð, húðlitur, holdlitur og lögun hnýði. Nýlega hafa komið fram sérstakar afbrigði af kartöflum af ýmsum gerðum, eins og baby; með rauða, fjólubláa eða gula húð og hold eru að verða vinsælar vegna auðveldrar undirbúnings þeirra og aukins næringargildis.
Að auki er hægt að framleiða etanól úr kartöflusterkju fyrir eldsneyti eða áfenga drykki; lífbrjótanlegt plastefni; eða lím, bindiefni, áferðarefni og fylliefni fyrir lyfja-, textíl-, viðar- og pappírsiðnað og aðrar atvinnugreinar.
Fyrir iðnaðarnotkun er mikilvægt að huga að magni og gerð sterkju í kartöflum.
Toinga telur að sterkja amýlópektíns sé æskileg til matvæla og annarra iðnaðarnota vegna einstakra virknieiginleika þeirra. Til dæmis er slík sterkja ákjósanlegt form til að nota sem sveiflujöfnun og þykkingarefni í matvæli og sem ýruefni í salatsósur. Vegna frystingar-þíðingarstöðugleika er amýlópektín sterkja notuð í frosin matvæli. Að auki framleiða kartöflur sem eru ríkar af amýlópektínsterkju hærra magn af etanóli samanborið við kartöflur með annarri sterkju.
Kostir kartöfluræktunar með valinni sterkju
Toinga segir að þróun kartöfluafbrigða með breyttri sterkju gæti opnað nýja möguleika. Kartöflur sem innihalda mikið af amýlópektíni og lítið af amýlósa, eins og genabreytt Yukon Gold sem hún lýsti í International Journal of Molecular Sciences, hafa iðnaðarnotkun umfram hefðbundna notkun.
Aftur á móti væru kartöflur með hátt amýlósamagn og lítið amýlópektín æskilegt til manneldis, sagði Wales. Amýlósi virkar eins og trefjar og losar ekki glúkósa eins auðveldlega og amýlópektín, sem leiðir til lægri blóðsykursvísitölu og gerir kartöflur bragðmeiri fyrir fólk með sykursýki.
CRISPR/Cas9 skapar ný tækifæri
CRISPR/Cas9 tæknin hefur stækkað verkfærakistuna sem ræktendur standa til boða og veitir beinari og hraðari leið til að fella æskilega eiginleika inn í vinsælar ræktunarafbrigði í atvinnuskyni, segir Weils. Hefðbundin ræktun er langt ferli sem getur tekið 10-15 ár.
Þar að auki, vegna flókins eðlis erfðamengis kartöflunnar, er það áskorun fyrir hefðbundna ræktun að búa til nýjar tegundir með réttu mengi eftirsóknarverðra eiginleika, sagði hún. Sameindatækni hefur aukið skilvirkni valsins og genabreytingar með CRISPR/Cas9 tækni bætir enn einu flóknu lagi við.
Bætt fjölbreytni Yukon Gold
Meðal hinna ýmsu kartöfluafbrigða sem metin voru í fyrstu rannsókninni endurnýjaði Yukon Gold best, svo það var notað í seinni rannsókninni. Niðurstaðan var kartöflu með hátt innihald af amýlópektíni og lítið innihald af amýlósa í sterkju.
„Ein af útsláttu plöntunum, T2-7, sýndi eðlilegan vöxt og uppskerueiginleika en var algjörlega laus við amýlósa,“ sagði Toinga.
Hnýðisterkja, T2-7, hefur iðnaðarnotkun í pappírs- og textíliðnaði sem lím/bindiefni, lífplast og etanólframleiðsla. Hnýðisterkja þessa tilraunasýnis, vegna þols gegn frystingu og þíðingu án þess að þörf sé á efnafræðilegum breytingum, ætti einnig að nýtast við framleiðslu á frosnum matvælum. Kartöflur með amýlópektíni sem eina form sterkju ættu einnig að gefa meira etanól til notkunar í iðnaði eða til að búa til áfenga drykki.
Sem næsta skref í þessum rannsóknum var aðild T2-7 sjálffrævun og krossaður með gjafastofni af Yukon Gold og öðrum kartöfluklónum til að útrýma erfðabreyttum þáttum.