Krumpir nije samo izvor prehrambenih ugljikohidrata za ljude, već i izvor škroba za brojne industrijske namjene. Znanstvenici A&M AgriLife Texas proučavaju kako promijeniti omjer dviju molekula škroba u krumpiru - amiloze i amilopektina - kako bi povećali kulinarsku i industrijsku upotrebu usjeva.
Na primjer, voštani krumpir s visokim udjelom amilopektina koristi se u proizvodnji bioplastike, prehrambenih aditiva, ljepila i alkohola.
Dva rada nedavno objavljena u International Journal of Molecular Sciences and Plant Cell, Tissue and Organ Culture istražuju kako tehnologija CRISPR može poboljšati korištenje krumpira.
Oba rada uključuju rad Stephanie Toinga, dr. sc., koja je bila studentica diplomskog studija u laboratoriju dr. Kirti Rathor, biotehnologinje biljaka AgriLife na Texas A&M Institutu za genomiku i biotehnologiju biljaka i Odjelu za tla. Također je koautor oba rada bila Isabelle Weils, dr. sc., uzgajivačica krumpira u AgriLife Researchu na Texas A&M Department of Horticultural Science.
"Informacije i znanje koje smo stekli iz ove dvije studije pomoći će nam da unesemo druge poželjne osobine u ovu vrlo važnu kulturu", rekao je Rathor.
Činjenice o krumpiru
Krumpir se uzgaja u više od 160 zemalja na 40,8 milijuna hektara i glavna je hrana za više od milijardu ljudi.
Krumpir srednje veličine sadrži oko 160 kalorija, uglavnom dobivenih iz škroba, kaže Rathor, zbog čega su gomolji važan izvor energije za mnoge ljude diljem svijeta. Krumpir također sadrži i druge bitne hranjive tvari, uključujući vitamine i minerale.
Škrob je od ključne važnosti i za prehrambenu i za industrijsku upotrebu.
Količina škroba u gomoljima krumpira glavni je čimbenik u određivanju upotrebe krumpira.
Krumpir s visokim udjelom škroba često se koristi za proizvodnju prerađene hrane poput pomfrita, čipsa i sušenog krumpira, kaže Wales.
Krumpir s niskim i srednjim sadržajem škroba često se koristi svjež ili kao stolni krumpir, kaže ona. Za svježu konzumaciju gomolja dodatni važni čimbenici su izgled gomolja, uključujući teksturu pokožice, boju pokožice, boju mesa i oblik gomolja. U posljednje vrijeme pojavljuju se posebne sorte krumpira raznih oblika, poput baby; s crvenom, ljubičastom ili žutom kožom i mesom postaju popularni zbog jednostavnosti pripreme i povećane nutritivne vrijednosti.
Osim toga, etanol se može proizvesti iz krumpirovog škroba za gorivo ili alkoholna pića; biorazgradiva zamjena za plastiku; ili ljepila, veziva, sredstva za teksturiranje i punila za farmaceutsku, tekstilnu, drvnu i papirnu industriju i druge sektore gospodarstva.
Za industrijsku primjenu važno je uzeti u obzir količinu i vrstu škroba u krumpiru.
Toinga vjeruje da su škrobovi s visokim sadržajem amilopektina poželjni za hranu i druge industrijske namjene zbog svojih jedinstvenih funkcionalnih svojstava. Na primjer, takvi škrobovi su poželjni oblik za upotrebu kao stabilizator i zgušnjivač u hrani i kao emulgator u preljevima za salatu. Zbog svoje stabilnosti smrzavanja i odmrzavanja, amilopektinski škrob se koristi u smrznutoj hrani. Osim toga, krumpir bogat amilopektinskim škrobom proizvodi više razine etanola u usporedbi s krumpirom s drugim škrobom.
Prednosti uzgoja krumpira s odabranim škrobom
Toinga kaže da bi razvoj sorti krumpira modificiranih škrobom mogao otvoriti nove mogućnosti. Krumpir s visokim udjelom amilopektina i niskim udjelom amiloze, kao što je genski uređen Yukon Gold koji je opisala u International Journal of Molecular Sciences, ima industrijsku upotrebu izvan svoje tradicionalne upotrebe.
Nasuprot tome, krumpir s visokom razinom amiloze i niskom razinom amilopektina bio bi poželjan za ljudsku prehranu, rekao je Wales. Amiloza djeluje poput vlakana i ne oslobađa glukozu tako lako kao amilopektin, što rezultira nižim glikemijskim indeksom i čini krumpir ukusnijim za osobe s dijabetesom.
CRISPR/Cas9 stvara nove mogućnosti
Tehnologija CRISPR/Cas9 proširila je alat koji je dostupan uzgajivačima i pruža izravnije i brže sredstvo za uključivanje željenih osobina u popularne komercijalne sorte usjeva, napominje Weils. Tradicionalni uzgoj je dug proces koji može potrajati 10-15 godina.
Osim toga, zbog složene prirode genoma krumpira, stvaranje novih sorti s pravim skupom poželjnih osobina predstavlja izazov za konvencionalni uzgoj, kaže ona. Molekularne tehnologije povećale su učinkovitost selekcije, a uređivanje gena pomoću CRISPR/Cas9 tehnologije dodaje još jedan sloj složenosti.
Poboljšana sorta Yukon Gold
Među raznim sortama krumpira ocijenjenim u prvoj studiji, Yukon Gold se najbolje regenerirao, pa je korišten u drugoj studiji. Rezultat je bio krumpir s visokim udjelom amilopektina i niskim udjelom amiloze u škrobu.
"Jedna od nokautiranih biljaka, T2-7, pokazala je normalan rast i karakteristike prinosa, ali je potpuno lišena amiloze", rekao je Toinga.
Gomoljasti škrob, T2-7, ima industrijsku primjenu u papirnoj i tekstilnoj industriji kao ljepilo/vezivo, bioplastika i proizvodnja etanola. Škrob gomolja ovog eksperimentalnog uzorka, zbog svoje otpornosti na smrzavanje i odmrzavanje bez potrebe za kemijskim modifikacijama, također bi trebao biti koristan u proizvodnji smrznute hrane. Krumpir s amilopektinom kao jedinim oblikom škroba također bi trebao dati više etanola za industrijsku upotrebu ili za proizvodnju alkoholnih pića.
Kao sljedeći korak u ovim studijama, pristupni T2-7 je samooprašen i križan s donorskim sojem Yukon Gold i drugim klonovima krumpira kako bi se eliminirali transgeni elementi.