_ Cercetătorii folosesc tehnologia CRISPR pentru a modifica amidonul din cartofi

Cartofii umili sunt o sursă bogată nu numai de carbohidrați dietetici pentru oameni, ci și de amidon pentru numeroase aplicații industriale. Oamenii de știință din Texas A&M AgriLife învață cum să modifice raportul dintre cele două molecule de amidon din cartofi — amiloză și amilopectină — pentru a crește atât aplicațiile culinare, cât și cele industriale.

De exemplu, cartofii cerati, care au un conținut ridicat de amilopectină, au aplicații în producția de bioplastice, aditivi alimentari, adezivi și alcool.

Două articole publicate recent în Jurnalul Internațional de Științe Moleculare și revistele Plant Cell, Tissue and Organ Culture subliniază modul în care tehnologia CRISPR poate avansa utilizări ale celei mai mari culturi de legume din lume.

Ambele lucrări includ lucrările realizate de Stephany Toinga, Ph.D., care a fost studentă absolventă în laboratorul Keerti Rathore, Ph.D., fabrică de cercetare AgriLife. biotehnolog în Texas A&M Institute for Plant Genomics and Biotehnology și Departamentul de Sol și științe a culturilor. De asemenea, coautora ambelor lucrări a fost Isabel Vales, Ph.D., un crescător de cartofi AgriLife Research în cadrul Departamentului de Științe Horticole din Texas A&M. Toinga este acum asociat postdoctoral Texas A&M AgriLife Research cu Vales.

„Informațiile și cunoștințele pe care le-am dobândit din aceste două studii ne vor ajuta să introducem alte trăsături de dorit în această cultură foarte importantă”, a spus Rathore.

Informații despre cartofi

Cartofii sunt cultura de legume numărul 1 la nivel mondial și a treia cea mai importantă cultură alimentară umană, numai după orez și grâu în producția globală. Cartofii sunt cultivați în peste 160 de țări pe 40,8 milioane de acri și servesc ca aliment de bază pentru mai mult de un miliard de oameni.

Cu un cartof de mărime medie care furnizează aproximativ 160 de calorii, majoritatea derivate din amidon, tuberculii constituie o sursă importantă de energie pentru mulți oameni din întreaga lume, a spus Rathore. Cartofii furnizează, de asemenea, alți nutrienți necesari, inclusiv vitamine și minerale.

Cartofii sunt o cultură de sezon rece care este relativ sensibilă la stresul termic și secetă. Cultura suferă, de asemenea, de dăunători, cum ar fi gândacul de Colorado, afidele și nematodele, precum și de boli, inclusiv blenă timpurie și târzie, așchii de zebră, putregai uscat de Fusarium și o serie de boli virale. Mosnitura târzie a fost cauza foametei irlandeze a cartofului.

Amidonul este esențial atât pentru uz alimentar, cât și pentru uz industrial

Cantitatea de amidon din tuberculii de cartofi este principalul factor care determină utilizarea cartofului. . Cartofii cu conținut ridicat de amidon sunt adesea folosiți pentru a face alimente procesate, cum ar fi cartofi prăjiți, chipsuri și cartofi deshidratați, a spus Vales.

Cartofii cu niveluri scăzute până la medii de amidon sunt folosiți frecvent pentru piața de valori proaspătă sau de masă, ea. spus. Pentru piața proaspătă, alte considerații importante sunt aspectul tuberculului, inclusiv textura pielii, culoarea pielii, culoarea cărnii și forma tuberculului. Recent, tipuri de cartofi de specialitate cu forme diferite, cum ar fi puieții; dimensiuni mai mici; iar culoarea roșie, violetă sau galbenă a pielii și a pulpei devin populare din cauza confortului lor în gătit și a valorii nutriționale crescute.

Forma tuberculului de cartofi este mai puțin importantă în scopuri industriale decât pentru consumul uman, a spus Vales. Tuberculii de cartofi cu deformări externe cauzate de stresul termic sau de secetă sau de alți factori pot fi redirecționați către nenumărate utilizări, inclusiv hrana pentru câini și bovine. În plus, amidonul din cartofi poate produce etanol pentru combustibil sau în băuturi precum vodca; un înlocuitor biodegradabil al materialelor plastice; sau adezivi, lianți, agenți de textura și materiale de umplutură pentru industria farmaceutică, textilă, a lemnului și a hârtiei și în alte sectoare.

Pentru aplicațiile industriale, cantitatea și tipul de amidon dintr-un cartof sunt considerații importante.

Toinga a spus că amidonurile cu conținut ridicat de amilopectină sunt de dorit pentru alimente procesate și alte aplicații industriale datorită proprietăților lor funcționale unice. De exemplu, astfel de amidonuri sunt forma preferată pentru utilizare ca stabilizator și îngroșător în produsele alimentare și ca emulgator în sosurile pentru salate. Datorită stabilității sale la îngheț-dezgheț, amidonul de amilopectină este utilizat în alimentele congelate. În plus, cartofii bogați în amidon amilopectină produc niveluri mai mari de etanol în comparație cu cei cu alte amidonuri.

Beneficiile creșterii cartofilor cu amidon selectat

Dezvoltarea soiurilor de cartofi cu amidon modificat ar putea deschide noi oportunități , a spus Toinga. Cartofii cu un nivel ridicat de amilopectină și un nivel scăzut de amiloză, cum ar fi tulpina Yukon Gold modificată genetic, pe care a descris-o în Jurnalul Internațional de Științe Moleculare, au aplicații industriale dincolo de utilizările tradiționale.

În schimb, cartofii cu niveluri ridicate de amiloză și cu nivel scăzut de amiloză amilopectina ar fi de dorit pentru consumul uman, a spus Vales. Amiloza acționează ca fibrele și nu eliberează glucoza la fel de ușor ca amilopectina, rezultând astfel un indice glicemic mai scăzut și făcând cartofii mai acceptabili pentru persoanele cu diabet.

CRISPR/Cas9 creează noi opțiuni

În plus, a spus ea, datorită naturii complexe a genomului cartofului, generarea de noi soiuri cu complementul potrivit de trăsături dezirabile este o provocare pentru creşterea convenţională. Creșterea moleculară a îmbunătățit eficiența reproducerii, iar editarea genelor folosind tehnologia CRISPR/Cas9 adaugă un alt nivel de sofisticare.

„Am folosit metoda Agrobacterium pentru a furniza reactivii CRISPR în cartofi, deoarece este fiabilă, eficientă și cel mai puțin costisitoare în comparație cu toate celelalte metode de livrare”, a spus Rathore.

În primul studiu, evidențiat în articolul Plant Cell, Tissue and Organ Culture, o linie de cartofi care conține patru copii de gfp, o genă de meduză care permite o vizualizare bazată pe fluorescență a activității genei, a fost vizată pentru mutație folosind sistemul CRISPR/Cas9, a spus Toinga.

În esență, acest proiect a oferit o trăsătură ușor de văzut care a permis cercetătorilor să optimizeze metodologia.

„Pierderea fluorescenței verzi caracteristice și secvențierea genei gfp în urma tratamentului CRISPR au indicat că este posibil să se perturbe toate cele patru copii ale genei gfp, confirmând astfel că ar trebui să fie posibilă mutarea. toate cele patru alle ale unei gene native în cartoful tetraploid”, a spus Rathore.

Un soi Yukon Gold îmbunătățit

Printre diferitele soiuri de cartofi evaluate în primul studiu, tulpina Yukon Gold a regenerat cel mai bun, și așa a fost folosit pentru al doilea studiu. În cel de-al doilea studiu knockout, descris în Jurnalul Internațional de Științe Moleculare, gena nativă gbss din tulpina tetraploidă Yukon Gold a fost vizată pentru a elimina eficient amiloza. Rezultatul a fost un cartof cu amidon bogat în amilopectină și sărac în amiloză.

„Unul dintre evenimentele knockout, T2-7, a prezentat caracteristici de creștere și randament normale, dar a fost complet lipsit de amiloză”, a spus Toinga.

Acel amidon de tuberculi, T2-7, ar putea găsi aplicații industriale în sectoarele hârtiei și textile, ca adezivi/lianți, bioplastice și etanol. Amidonul din tuberculi din această tulpină experimentală, datorită stabilității sale la îngheț-dezgheț fără a fi nevoie de modificări chimice, ar trebui să fie, de asemenea, util în producerea alimentelor congelate. Cartofii cu amilopectină ca formă exclusivă de amidon ar trebui, de asemenea, să producă mai mult etanol pentru uz industrial sau pentru a crea băuturi alcoolice.

Ca următor pas pentru aceste studii, tulpina T2-7 a fost autopolenizată și încrucișată cu donatorul de tulpină Yukon Gold și alte clone de cartofi pentru a elimina elementele transgenice.

(Fluierul)