Brambory nejsou pouze zdrojem sacharidů ve stravě pro lidi, ale také zdrojem škrobu pro četné průmyslové využití. Vědci z A&M AgriLife Texas studují, jak změnit poměr dvou molekul škrobu v bramborách – amylózy a amylopektinu – aby se zvýšilo kulinářské a průmyslové využití plodiny.
Například voskovité brambory s vysokým obsahem amylopektinu se používají při výrobě bioplastů, potravinářských přísad, lepidel a alkoholu.
Dva články nedávno publikované v International Journal of Molecular Sciences a Plant Cell, Tissue and Organ Culture zkoumají, jak může technologie CRISPR zlepšit využití brambor.
Oba články zahrnují práci Stephanie Toinga, Ph.D., která byla postgraduální studentkou v laboratoři Kirti Rathor, Ph.D., biotechnologie rostlin AgriLife na Texas A&M Plant Genomics and Biotechnology Institute a Department of Soils. Spoluautorkou obou článků byla také Isabelle Weils, Ph.D., šlechtitelka brambor v AgriLife Research na Texas A&M Department of Horticultural Science.
"Informace a znalosti, které jsme získali z těchto dvou studií, nám pomohou zavést další žádoucí vlastnosti do této velmi důležité plodiny," řekl Rathor.
Fakta o bramborách
Brambory se pěstují ve více než 160 zemích na 40,8 milionu akrů a jsou základní potravinou pro více než miliardu lidí.
Středně velký brambor obsahuje asi 160 kalorií, většinou pocházejících ze škrobu, říká Rathor, a proto jsou hlízy důležitým zdrojem energie pro mnoho lidí na celém světě. Brambory také obsahují další základní živiny, včetně vitamínů a minerálů.
Škrob má klíčový význam jak pro dietní, tak pro průmyslové použití.
Množství škrobu v hlízách brambor je hlavním faktorem při určování použití brambor.
Brambory s vysokým obsahem škrobu se často používají k výrobě zpracovaných potravin, jako jsou hranolky, hranolky a sušené brambory, říká Wales.
Brambory s nízkým a středním obsahem škrobu se často používají čerstvé nebo jako stolní brambory, říká. Pro čerstvou spotřebu hlíz jsou dalšími důležitými faktory vzhled hlíz, včetně struktury slupky, barvy slupky, barvy dužiny a tvaru hlíz. V poslední době se objevují speciální odrůdy brambor různých tvarů, např. baby; s červenou, fialovou nebo žlutou slupkou a dužinou se stávají oblíbenými kvůli snadné přípravě a zvýšené nutriční hodnotě.
Kromě toho lze z bramborového škrobu vyrábět ethanol pro palivo nebo alkoholické nápoje; biologicky odbouratelná náhražka plastu; nebo lepidla, pojiva, texturizační činidla a plniva pro farmaceutický, textilní, dřevařský a papírenský průmysl a další odvětví hospodářství.
Pro průmyslové aplikace je důležité vzít v úvahu množství a typ škrobu v bramborách.
Toinga věří, že škroby s vysokým obsahem amylopektinu jsou žádoucí pro potravinářské a jiné průmyslové použití kvůli jejich jedinečným funkčním vlastnostem. Například takové škroby jsou výhodnou formou pro použití jako stabilizátor a zahušťovadlo v potravinách a jako emulgátor v salátových zálivkách. Vzhledem ke své stabilitě při zmrazování a rozmrazování se amylopektinový škrob používá v mražených potravinách. Kromě toho brambory bohaté na amylopektinový škrob produkují vyšší hladiny etanolu ve srovnání s bramborami s jinými škroby.
Výhody šlechtění brambor s vybraným škrobem
Toinga říká, že vývoj odrůd brambor modifikovaných škrobem by mohl otevřít nové možnosti. Brambory s vysokým obsahem amylopektinu a nízkým obsahem amylózy, jako je genově upravený Yukon Gold, který popsala v International Journal of Molecular Sciences, mají průmyslové využití nad rámec jejich tradičního použití.
Naproti tomu brambory s vysokými hladinami amylózy a nízkým obsahem amylopektinu by byly pro lidskou spotřebu žádoucí, řekl Wales. Amylóza působí jako vláknina a neuvolňuje glukózu tak snadno jako amylopektin, což má za následek nižší glykemický index a brambory jsou chutnější pro lidi s cukrovkou.
CRISPR/Cas9 vytváří nové příležitosti
Technologie CRISPR/Cas9 rozšířila sadu nástrojů dostupnou pro šlechtitele a poskytuje přímější a rychlejší způsob začlenění požadovaných vlastností do oblíbených komerčních odrůd plodin, poznamenává Weils. Tradiční šlechtění je dlouhý proces, který může trvat 10-15 let.
Navíc vzhledem ke komplexní povaze genomu brambor je vytváření nových odrůd se správnou sadou žádoucích vlastností výzvou pro konvenční šlechtění, řekla. Molekulární technologie zvýšily efektivitu selekce a editace genů pomocí technologie CRISPR/Cas9 přidává další vrstvu složitosti.
Vylepšená odrůda Yukon Gold
Mezi různými odrůdami brambor hodnocenými v první studii se Yukon Gold regeneroval nejlépe, takže byl použit ve druhé studii. Výsledkem byly brambory s vysokým obsahem amylopektinu a nízkým obsahem amylózy ve škrobu.
"Jedna z vyřazených rostlin, T2-7, vykazovala normální růst a výnosové charakteristiky, ale byla zcela bez amylózy," řekl Toinga.
Hlízový škrob, T2-7, má průmyslové využití v papírenském a textilním průmyslu jako lepidlo/pojivo, výroba bioplastů a etanolu. Hlízový škrob tohoto experimentálního vzorku by měl být pro svou odolnost vůči mrazu a rozmrazování bez nutnosti chemických úprav užitečný i při výrobě mražených potravin. Brambory s amylopektinem jako jedinou formou škrobu by také měly poskytovat více etanolu pro průmyslové použití nebo pro výrobu alkoholických nápojů.
Jako další krok v těchto studiích byl přírůstek T2-7 samoopylován a křížen s donorovým kmenem Yukon Gold a dalšími klony brambor, aby se odstranily transgenní elementy.