Peruna ei ole vain ihmisten ravinnon hiilihydraattien lähde, vaan myös tärkkelyksen lähde moniin teollisiin sovelluksiin. A&M AgriLife Texasin tutkijat tutkivat, kuinka muuttaa perunan kahden tärkkelysmolekyylin - amyloosin ja amylopektiinin - suhdetta sadon kulinaarisen ja teollisen käytön lisäämiseksi.
Esimerkiksi korkean amylopektiinipitoisuuden omaavia vahamaisia perunoita käytetään biomuovin, elintarvikelisäaineiden, liimojen ja alkoholin valmistuksessa.
Kahdessa äskettäin International Journal of Molecular Sciences and Plant Cell, Tissue and Organ Culture -lehdessä julkaistussa artikkelissa tutkitaan, kuinka CRISPR-tekniikka voi parantaa perunoiden käyttöä.
Molemmissa kirjoissa on työt, joita on tehnyt Ph.D. Stephanie Toinga, joka oli jatko-opiskelija Kirti Rathorin laboratoriossa, Ph.D., AgriLife Plant Biotechnologist Texas A&M Plant Genomics and Biotechnology Institutessa ja Department of Soils. Molemmissa kirjoissa oli myös Isabelle Weils, Ph.D., perunankasvattaja AgriLife Researchissa Texas A&M:n puutarhatieteen laitoksella.
"Näistä kahdesta tutkimuksesta saamamme tiedot auttavat meitä tuomaan muita toivottavia piirteitä tähän erittäin tärkeään satoon", Rathor sanoi.
Faktat perunasta
Perunaa kasvatetaan yli 160 maassa 40,8 miljoonalla hehtaarilla, ja se on yli miljardin ihmisen perusruoka.
Keskikokoinen peruna sisältää noin 160 kaloria, joista suurin osa on peräisin tärkkelyksestä, Rathor sanoo, minkä vuoksi mukulat ovat tärkeä energianlähde monille ihmisille ympäri maailmaa. Perunat sisältävät myös muita tärkeitä ravintoaineita, kuten vitamiineja ja kivennäisaineita.
Tärkkelys on avainasemassa sekä ruokavaliossa että teollisessa käytössä.
Tärkkelyksen määrä perunan mukuloissa on tärkein tekijä perunoiden käyttöä määritettäessä.
Paljon tärkkelystä sisältäviä perunoita käytetään usein jalostettujen elintarvikkeiden, kuten ranskalaisten, perunoiden ja kuivattujen perunoiden valmistukseen, Wales sanoo.
Vähä- ja keskitärkkelyspitoisia perunoita käytetään usein tuoreena tai ruokaperunana, hän sanoo. Mukuloiden tuoreen kulutuksen kannalta tärkeitä muita tekijöitä ovat mukulan ulkonäkö, mukaan lukien kuoren rakenne, kuoren väri, lihan väri ja mukulan muoto. Viime aikoina on ilmestynyt erityisiä erimuotoisia perunalajikkeita, kuten vauva; punaisella, violetilla tai keltaisella kuorella ja lihalla varustetut tuotteet ovat tulossa suosittuja niiden valmistuksen helppouden ja lisääntyneen ravintoarvon vuoksi.
Lisäksi perunatärkkelyksestä voidaan valmistaa etanolia polttoaineeksi tai alkoholijuomiin; biohajoava muovin korvike; tai liimat, sideaineet, teksturointiaineet ja täyteaineet lääke-, tekstiili-, puu- ja paperiteollisuudelle ja muille talouden aloille.
Teollisissa sovelluksissa on tärkeää ottaa huomioon tärkkelyksen määrä ja tyyppi perunoissa.
Toinga uskoo, että runsaasti amylopektiiniä sisältävät tärkkelykset ovat toivottavia elintarvikkeissa ja muussa teollisessa käytössä ainutlaatuisten toiminnallisten ominaisuuksiensa vuoksi. Esimerkiksi sellaiset tärkkelykset ovat edullinen muoto käytettäväksi stabilointiaineena ja sakeuttamisaineena elintarvikkeissa ja emulgointiaineena salaattikastikkeissa. Amylopektiinitärkkelystä käytetään pakasteruoissa sen pakaste-sulatusstabiilisuuden vuoksi. Lisäksi perunat, joissa on runsaasti amylopektiinitärkkelystä, tuottavat enemmän etanolia verrattuna perunoihin, joissa on muita tärkkelyksiä.
Valitun tärkkelyksen perunanviljelyn edut
Toinga sanoo, että tärkkelysmuunneltujen perunalajikkeiden kehittäminen voi avata uusia mahdollisuuksia. Perunoilla, joissa on paljon amylopektiiniä ja vähän amyloosia, kuten geenimuokattu Yukon Gold, jonka hän kuvaili International Journal of Molecular Sciences -lehdessä, on teollista käyttöä perinteistä käyttöä pidemmälle.
Sitä vastoin perunat, joissa on korkea amyloositaso ja alhainen amylopektiini, olisivat toivottavia ihmisravinnoksi, Wales sanoi. Amyloosi toimii kuin kuitu eikä vapauta glukoosia yhtä helposti kuin amylopektiini, mikä johtaa alhaisempaan glykeemiseen indeksiin ja tekee perunoista maistuvampia diabeetikoille.
CRISPR/Cas9 luo uusia mahdollisuuksia
CRISPR/Cas9-teknologia on laajentanut jalostajien käytettävissä olevaa työkalupakkia ja tarjoaa suoremman ja nopeamman tavan sisällyttää halutut ominaisuudet suosittuihin kaupallisiin viljelykasvilajikkeisiin, Weils huomauttaa. Perinteinen jalostus on pitkä prosessi, joka voi kestää 10-15 vuotta.
Lisäksi perunan genomin monimutkaisuuden vuoksi uusien lajikkeiden luominen, joilla on oikeat ominaisuudet, on haaste tavanomaiselle jalostukselle, hän sanoo. Molekyyliteknologiat ovat lisänneet valinnan tehokkuutta, ja geenien muokkaaminen CRISPR/Cas9-tekniikalla lisää uuden kerroksen monimutkaisuutta.
Paranneltu lajike Yukon Gold
Ensimmäisessä tutkimuksessa arvioiduista eri perunalajikkeista Yukon Gold uusiutui parhaiten, joten sitä käytettiin toisessa tutkimuksessa. Tuloksena oli peruna, jossa oli korkea amylopektiinipitoisuus ja alhainen tärkkelyksen amyloosipitoisuus.
"Yksi syrjäytyneistä kasveista, T2-7, osoitti normaalia kasvua ja satoa, mutta siinä ei ollut lainkaan amyloosia", Toinga sanoi.
Mukulatärkkelyksellä, T2-7, on teollisia sovelluksia paperi- ja tekstiiliteollisuudessa liiman/sideaineena, biomuovin ja etanolin tuotannossa. Tämän kokeellisen näytteen mukulatärkkelyksen pitäisi olla hyödyllinen myös pakasteruokien valmistuksessa, koska se kestää jäätymistä ja sulamista ilman kemiallisia modifikaatioita. Perunoista, joissa amylopektiini on ainoa tärkkelyksen muoto, pitäisi myös tuottaa enemmän etanolia teolliseen käyttöön tai alkoholijuomien valmistukseen.
Seuraavana vaiheena näissä tutkimuksissa liittymis-T2-7 itsepölytettiin ja risteytettiin Yukon Goldin luovuttajakannan ja muiden perunakloonien kanssa siirtogeenisten elementtien eliminoimiseksi.