Bulvės yra ne tik maistinių angliavandenių šaltinis žmonėms, bet ir krakmolo šaltinis įvairiems pramoniniams tikslams. Teksaso „A&M AgriLife“ mokslininkai tiria, kaip pakeisti dviejų bulvėse esančių krakmolo molekulių – amilozės ir amilopektino – santykį, siekiant padidinti pasėlių naudojimą kulinarijoje ir pramonėje.
Pavyzdžiui, vaškinės bulvės, turinčios didelį amilopektino kiekį, naudojamos bioplastiko, maisto priedų, klijų, alkoholio gamyboje.
Dviejuose straipsniuose, neseniai paskelbtuose Tarptautiniame molekulinių mokslų ir augalų ląstelių, audinių ir organų kultūros žurnale, nagrinėjama, kaip CRISPR technologija gali pagerinti bulvių panaudojimą.
Abiejuose straipsniuose yra Stephanie Toinga, Ph.D., kuri buvo Kirti Rathor, Ph.D., AgriLife augalų biotechnologės Teksaso A&M augalų genomikos ir biotechnologijos instituto ir Dirvožemių katedros laboratorijos absolventė. Abiejų straipsnių bendraautorė buvo Isabelle Weils, Ph.D., bulvių selekcininkė iš AgriLife Research Teksaso A&M sodininkystės mokslų katedroje.
„Informacija ir žinios, kurias įgijome iš šių dviejų tyrimų, padės mums įvesti kitus pageidaujamus šios labai svarbios kultūros bruožus“, - sakė Rathoras.
Faktai apie bulves
Bulvės auginamos daugiau nei 160 šalių 40,8 mln. hektarų plote ir yra pagrindinis maistas daugiau nei milijardui žmonių.
Vidutinio dydžio bulvėse yra apie 160 kalorijų, daugiausia gaunamų iš krakmolo, sako Rathoras, todėl gumbai yra svarbus energijos šaltinis daugeliui žmonių visame pasaulyje. Bulvėse taip pat yra kitų būtinų maistinių medžiagų, įskaitant vitaminus ir mineralus.
Krakmolas yra labai svarbus tiek dietiniam, tiek pramoniniam naudojimui.
Krakmolo kiekis bulvių gumbuose yra pagrindinis veiksnys, lemiantis bulvių naudojimą.
Velsas teigia, kad daug krakmolo turinčios bulvės dažnai naudojamos perdirbtam maistui, pavyzdžiui, gruzdintoms bulvytėms, traškučiams ir džiovintoms bulvėms, gaminti.
Mažai ir vidutinio krakmolo turinčios bulvės dažnai naudojamos šviežios arba kaip valgomosios bulvės, sako ji. Šviežiam vartojimui svarbūs papildomi veiksniai yra gumbų išvaizda, įskaitant odelės tekstūrą, odos spalvą, minkštimo spalvą ir gumbų formą. Pastaruoju metu atsirado specialių įvairių formų bulvių veislių, pavyzdžiui, baby; raudonos, violetinės arba geltonos spalvos oda ir minkštimas populiarėja dėl lengvo paruošimo ir padidintos maistinės vertės.
Be to, iš bulvių krakmolo galima gaminti etanolį kurui ar alkoholiniams gėrimams gaminti; biologiškai skaidus plastiko pakaitalas; arba klijai, rišikliai, tekstūrą suteikiančios medžiagos ir užpildai, skirti farmacijos, tekstilės, medienos ir popieriaus pramonei bei kitiems ūkio sektoriams.
Pramoniniams tikslams svarbu atsižvelgti į bulvėse esančio krakmolo kiekį ir rūšį.
Toinga mano, kad didelis amilopektino krakmolas yra pageidautinas maistui ir kitiems pramonės tikslams dėl savo unikalių funkcinių savybių. Pavyzdžiui, tokie krakmolai yra tinkamiausia forma naudoti kaip stabilizatorius ir tirštiklis maisto produktuose ir kaip emulsiklis salotų padažuose. Dėl savo stabilumo užšaldant ir atšildant, amilopektino krakmolas naudojamas šaldytuose maisto produktuose. Be to, bulvės, kuriose gausu amilopektino krakmolo, gamina daugiau etanolio, palyginti su bulvėmis su kitais krakmolu.
Bulvių auginimo su rinktu krakmolu privalumai
Toinga sako, kad krakmolu modifikuotų bulvių veislių kūrimas gali atverti naujų galimybių. Bulvės, kuriose yra daug amilopektino ir mažai amilozės, pvz., genų modifikuotas Yukon Gold, kurią ji aprašė Tarptautiniame molekulinių mokslų žurnale, pramonėje yra naudojamos ne tik tradicinėse.
Priešingai, bulvės su dideliu amilozės kiekiu ir mažu amilopektino kiekiu būtų pageidautinos žmonėms vartoti, sakė Velsas. Amilozė veikia kaip skaidulos ir neišskiria gliukozės taip lengvai kaip amilopektinas, todėl sumažėja glikemijos indeksas ir bulvės tampa skanesnės diabetu sergantiems žmonėms.
CRISPR/Cas9 sukuria naujų galimybių
CRISPR/Cas9 technologija išplėtė selekcininkams prieinamą įrankių rinkinį ir suteikia galimybę tiesiogiai bei greičiau įtraukti norimus bruožus į populiarias komercines pasėlių veisles, pažymi Weilsas. Tradicinis veisimas yra ilgas procesas, kuris gali trukti 10-15 metų.
Be to, dėl sudėtingo bulvių genomo pobūdžio naujų veislių su tinkamu norimų savybių rinkiniu kūrimas yra iššūkis tradiciniam veisimui, sako ji. Molekulinės technologijos padidino atrankos efektyvumą, o genų redagavimas naudojant CRISPR/Cas9 technologiją prideda dar vieną sudėtingumo sluoksnį.
Patobulinta veislė Yukon Gold
Iš įvairių pirmame tyrime vertintų bulvių veislių Yukon Gold atsinaujino geriausiai, todėl buvo panaudota antrajame tyrime. Rezultatas buvo bulvės, kuriose yra daug amilopektino ir mažai amilozės krakmolo.
„Vienas iš išmuštų augalų, T2-7, rodė normalias augimo ir derliaus charakteristikas, tačiau jame visiškai nebuvo amilozės“, – sakė Toinga.
Gumbų krakmolas, T2-7, naudojamas pramonėje popieriaus ir tekstilės pramonėje kaip klijai / rišiklis, bioplastikas ir etanolio gamyba. Šio eksperimentinio mėginio gumbų krakmolas dėl atsparumo užšalimui ir atitirpimui nereikalaujant cheminių modifikacijų turėtų būti naudingas ir gaminant šaldytus maisto produktus. Bulvės, kurių vienintelė krakmolo forma yra amilopektinas, taip pat turėtų duoti daugiau etanolio pramoniniam naudojimui arba alkoholiniams gėrimams gaminti.
Kitas šių tyrimų žingsnis buvo, kad prisijungimas T2-7 buvo savaime apdulkintas ir sukryžmintas su Yukon Gold donoro paderme ir kitais bulvių klonais, kad būtų pašalinti transgeniniai elementai.