Kartul pole inimestele mitte ainult toidusüsivesikute allikas, vaid ka tärklise allikas paljudes tööstuslikes rakendustes. A&M AgriLife Texase teadlased uurivad, kuidas muuta kartulis leiduva kahe tärklisemolekuli – amüloosi ja amülopektiini – suhet, et suurendada põllukultuuri kulinaarset ja tööstuslikku kasutust.
Näiteks kasutatakse kõrge amülopektiinisisaldusega vahakartulit bioplasti, toidu lisaainete, liimainete ja alkoholi tootmisel.
Kaks hiljuti ajakirjas International Journal of Molecular Sciences ja Plant Cell, Tissue and Organ Culture avaldatud artiklit uurivad, kuidas CRISPR-tehnoloogia võib kartuli kasutamist parandada.
Mõlemad paberid hõlmavad töid, mille on teinud Ph.D. Stephanie Toinga, kes oli Texase A&M taimegenoomika ja biotehnoloogia instituudi AgriLife'i taimebiotehnoloogi Kirti Rathori labori kraadiõppur ning mullastiku osakonnas. Mõlema artikli kaasautor oli ka Isabelle Weils, Ph.D., Texase A&M aiandusteaduse osakonna AgriLife Researchi kartulikasvataja.
"Neist kahest uuringust saadud teave ja teadmised aitavad meil selles väga olulises põllukultuuris muid soovitavaid tunnuseid tutvustada," ütles Rathor.
Faktid kartulist
Kartulit kasvatatakse enam kui 160 riigis 40,8 miljonil aakril ja see on enam kui miljardi inimese põhitoiduks.
Keskmise suurusega kartul sisaldab umbes 160 kalorit, mis on enamasti saadud tärklisest, ütleb Rathor, mistõttu on mugulad paljudele inimestele üle maailma oluline energiaallikas. Kartul sisaldab ka muid olulisi toitaineid, sealhulgas vitamiine ja mineraalaineid.
Tärklis on võtmetähtsusega nii toiduks kui ka tööstuslikuks kasutamiseks.
Tärklise kogus kartulimugulates on peamine tegur kartuli kasutamise määramisel.
Wales ütleb, et kõrge tärklisesisaldusega kartuleid kasutatakse sageli töödeldud toitude, näiteks friikartulite, krõpsude ja kuivatatud kartulite valmistamiseks.
Ta ütleb, et madala ja keskmise tärklisesisaldusega kartulit kasutatakse sageli värskelt või lauakartulina. Värskelt mugulate tarbimisel on olulised täiendavad tegurid mugula välimus, sealhulgas koore tekstuur, koore värvus, viljaliha värvus ja mugula kuju. Viimasel ajal on ilmunud spetsiaalsed erineva kujuga kartulite sordid, näiteks beebi; punase, lilla või kollase koore ja viljalihaga tooted on muutumas populaarseks nende valmistamise lihtsuse ja suurenenud toiteväärtuse tõttu.
Lisaks saab kartulitärklisest toota etanooli kütuse või alkohoolsete jookide valmistamiseks; biolagunev plastikasendaja; või liimid, sideained, tekstureerivad ained ja täiteained farmaatsia-, tekstiili-, puidu- ja paberitööstuse ning muude majandussektorite jaoks.
Tööstuslike rakenduste puhul on oluline arvestada tärklise kogust ja tüüpi kartulis.
Toinga usub, et kõrge amülopektiinisisaldusega tärklised on oma ainulaadsete funktsionaalsete omaduste tõttu soovitavad toidus ja muul tööstuslikul otstarbel. Näiteks on sellised tärklised eelistatud kujul kasutamiseks toiduainetes stabilisaatori ja paksendajana ning salatikastmetes emulgaatorina. Amülopektiinitärklist kasutatakse külmutamise-sulatamise stabiilsuse tõttu külmutatud toiduainetes. Lisaks toodavad amülopektiinitärklise rikkad kartulid suuremat etanoolisisaldust võrreldes teiste tärklistega kartulitega.
Valitud tärklisega kartulikasvatuse eelised
Toinga sõnul võib tärklisega modifitseeritud kartulisortide arendamine avada uusi võimalusi. Kartulid, mis sisaldavad palju amülopektiini ja vähe amüloosi, nagu geenitöötlusega Yukon Gold, mida ta kirjeldas ajakirjas International Journal of Molecular Sciences, on tööstuslikuks kasutuseks väljaspool nende traditsioonilist kasutust.
Seevastu kõrge amüloosisisaldusega ja madala amülopektiinisisaldusega kartul oleks inimtoiduks soovitav, ütles Wales. Amüloos toimib nagu kiudaine ja ei vabasta glükoosi nii kergesti kui amülopektiin, mille tulemuseks on madalam glükeemiline indeks ja kartulid on diabeetikutele maitsvamad.
CRISPR/Cas9 loob uusi võimalusi
CRISPR/Cas9 tehnoloogia on laiendanud aretajatele saadaolevat tööriistakasti ning pakub otsesemat ja kiiremat vahendit soovitud omaduste lisamiseks populaarsetesse kaubanduslikesse põllukultuuridesse, märgib Weils. Traditsiooniline aretus on pikk protsess, mis võib kesta 10-15 aastat.
Ta ütleb, et kartuli genoomi keeruka olemuse tõttu on uute sortide loomine, millel on õiged soovitud tunnused, väljakutse tavapärasele aretamisele. Molekulaartehnoloogiad on suurendanud valiku efektiivsust ja geenide redigeerimine CRISPR/Cas9 tehnoloogia abil lisab veel ühe keerukuse kihi.
Täiustatud sort Yukon Gold
Esimeses uuringus hinnatud erinevatest kartulisortidest taastus Yukon Gold kõige paremini, seega kasutati seda teises uuringus. Tulemuseks oli kõrge amülopektiinisisaldusega ja tärklises madala amüloosisisaldusega kartul.
"Üks väljatõrjutud taimedest, T2-7, näitas normaalset kasvu ja saagikust, kuid amüloosist puudus täielikult," ütles Toinga.
Mugultärklist T2-7 kasutatakse tööstuslikult paberi- ja tekstiilitööstuses liimi-/sideainena, bioplasti ja etanooli tootmisel. Selle katseproovi mugulitärklis peaks oma külmumis- ja sulamiskindluse tõttu ilma keemiliste modifikatsioonideta kasulik olema ka külmutatud toiduainete tootmisel. Ainsa tärklisevormina amülopektiini sisaldav kartul peaks andma ka rohkem etanooli tööstuslikuks kasutamiseks või alkohoolsete jookide valmistamiseks.
Nende uuringute järgmise sammuna tolmeldati liitumis-T2-7 isetolmlemisega ja ristati Yukon Goldi doonortüve ja teiste kartulikloonidega, et kõrvaldada transgeensed elemendid.