Картоп адамдар үшін диеталық көмірсулардың көзі ғана емес, сонымен қатар көптеген өнеркәсіптік мақсаттар үшін крахмал көзі болып табылады. A&M AgriLife Техас ғалымдары картоптағы екі крахмал молекуласының – амилоза мен амилопектиннің арақатынасын қалай өзгерту керектігін зерттеп жатыр, бұл дақылдың аспаздық және өнеркәсіптік қолданылуын арттыру үшін.
Мысалы, құрамында амилопектині жоғары балауыз тәрізді картоп биопластика, тағамдық қоспалар, желімдер, спирт өндірісінде қолданылады.
Жақында Халықаралық молекулярлық ғылымдар және өсімдік жасушалары, ұлпалары және мүшелер мәдениеті журналында жарияланған екі мақала CRISPR технологиясы картопты пайдалануды қалай жақсарта алатынын зерттейді.
Екі мақалада Ph.D., Техас A&M Өсімдіктердің геномикасы және биотехнология институтының және Топырақ департаментінің AgriLife зауытының биотехнологы, Ph.D., Кирти Ратордың зертханасында аспирант болған Стефани Тоинганың жұмысы бар. Сондай-ақ, екі мақаланың авторлары ретінде Техас A&M бау-бақша ғылымы департаментіндегі AgriLife Research компаниясының картоп өсірушісі, Ph.D. Isabelle Weils болды.
«Осы екі зерттеуден алған ақпарат пен білім бізге осы өте маңызды дақылға басқа да қажетті қасиеттерді енгізуге көмектеседі», - деді Ратор.
Картоп фактілері
Картоп 160-тан астам елде 40,8 миллион акр жерде өсіріледі және миллиардтан астам адамның негізгі тағамы болып табылады.
Орташа өлшемді картопта негізінен крахмалдан алынатын шамамен 160 калория бар, дейді Ратор, сондықтан түйнектер бүкіл әлемдегі көптеген адамдар үшін маңызды энергия көзі болып табылады. Картоптың құрамында басқа да маңызды қоректік заттар, соның ішінде витаминдер мен минералдар бар.
Крахмал диеталық және өнеркәсіптік қолдану үшін маңызды болып табылады.
Картоп түйнектеріндегі крахмал мөлшері картопты пайдалануды анықтайтын негізгі фактор болып табылады.
Уэльстің айтуынша, жоғары крахмал бар картоп картоп, чипсы және кептірілген картоп сияқты өңделген тағамдарды жасау үшін жиі қолданылады.
Төмен және орташа крахмал картоп көбінесе жаңа піскен немесе асхана картопы ретінде пайдаланылады, дейді ол. Түйнектерді жаңа піскен тұтыну үшін түйнектің сыртқы түрі, оның ішінде тері құрылымы, тері түсі, ет түсі және түйнектің пішіні қосымша маңызды факторлар болып табылады. Жақында әртүрлі пішіндегі картоптың ерекше сорттары пайда болды, мысалы, нәресте; қызыл, күлгін немесе сары терісі мен еті бар тағамдар дайындаудың қарапайымдылығына және тағамдық құндылығының жоғарылауына байланысты танымал бола бастады.
Сонымен қатар, этанолды картоп крахмалынан отынға немесе алкогольдік сусындарға өндіруге болады; биологиялық ыдырайтын пластикті алмастырғыш; немесе фармацевтика, тоқыма, ағаш және қағаз өнеркәсібі және экономиканың басқа салаларына арналған желімдер, байланыстырғыштар, текстуралаушы заттар мен толтырғыштар.
Өнеркәсіптік қолдану үшін картоптағы крахмалдың мөлшері мен түрін ескеру маңызды.
Тоинга жоғары амилопектин крахмалдар бірегей функционалдық қасиеттеріне байланысты тағамдық және басқа да өнеркәсіптік қолдану үшін қажет деп санайды. Мысалы, мұндай крахмал тағамдарда тұрақтандырғыш және қоюлатқыш ретінде және салат таңғыштарында эмульгатор ретінде пайдалану үшін қолайлы форма болып табылады. Амилопектин крахмалы мұздату-еріту тұрақтылығына байланысты мұздатылған тағамдарда қолданылады. Сонымен қатар, амилопектин крахмалына бай картоп басқа крахмалдары бар картоппен салыстырғанда этанолдың жоғары деңгейін шығарады.
Таңдалған крахмалмен картоп өсірудің артықшылықтары
Тоинга крахмалмен модификацияланған картоп сорттарын дамыту жаңа мүмкіндіктер ашатынын айтады. Амилопектинде жоғары және амилозада төмен картоп, мысалы, ол Халықаралық молекулярлық ғылымдар журналында сипаттаған гендік өңделген Юкон алтыны, дәстүрлі пайдаланудан тыс өнеркәсіптік мақсаттарға ие.
Керісінше, амилоза деңгейі жоғары және амилопектин деңгейі төмен картоп адам тұтынуы үшін қажет, деді Уэльс. Амилоза талшық сияқты әрекет етеді және глюкозаны амилопектин сияқты оңай шығармайды, нәтижесінде гликемиялық индекс төмендейді және қант диабеті бар адамдар үшін картопты дәмді етеді.
CRISPR/Cas9 жаңа мүмкіндіктер жасайды
CRISPR/Cas9 технологиясы селекционерлерге қолжетімді құралдар жинағын кеңейтті және танымал коммерциялық дақыл сорттарына қажетті белгілерді енгізудің неғұрлым тікелей және жылдам құралын қамтамасыз етеді, деп атап өтті Вайлс. Дәстүрлі өсіру 10-15 жылға созылатын ұзақ процесс.
Сонымен қатар, картоп геномының күрделі табиғатына байланысты қажетті белгілердің дұрыс жиынтығы бар жаңа сорттарды жасау кәдімгі селекция үшін қиын, дейді ол. Молекулалық технологиялар селекцияның тиімділігін арттырды, ал CRISPR/Cas9 технологиясын қолданатын генді өңдеу күрделіліктің тағы бір қабатын қосады.
Жақсартылған сорт Yukon Gold
Бірінші зерттеуде бағаланған картоптың әртүрлі сорттарының ішінде Юкон алтыны ең жақсысын қалпына келтірді, сондықтан ол екінші зерттеуде қолданылды. Нәтижесінде амилопектин мөлшері жоғары және крахмалдағы амилоза аз картоп алынды.
«Өсімдіктердің бірі, T2-7, қалыпты өсу мен өнімділік сипаттамаларын көрсетті, бірақ амилоза толығымен жоқ», - деді Тоинга.
Түйнек крахмалы, T2-7, қағаз және тоқыма өнеркәсібінде желім/байланыстырушы, биопластикалық және этанол өндірісі ретінде өнеркәсіптік қолданбаларға ие. Бұл тәжірибелік үлгінің түйнек крахмалы мұздату мен ерітуге химиялық түрлендіруді қажет етпейтін төзімділігіне байланысты мұздатылған тағамдарды өндіруде де пайдалы болуы керек. Крахмалдың жалғыз түрі ретінде амилопектині бар картоп өнеркәсіптік пайдалану немесе алкогольдік сусындарды жасау үшін көбірек этанол беруі керек.
Осы зерттеулердің келесі қадамы ретінде T2-7 қосылуы өздігінен тозаңданды және трансгендік элементтерді жою үшін Юкон Голдтың донорлық штаммы және басқа картоп клондарымен қиылыстырылды.