البطاطس ليست فقط مصدرًا للكربوهيدرات الغذائية للإنسان ، ولكنها أيضًا مصدر للنشا للعديد من الاستخدامات الصناعية. يدرس علماء A&M AgriLife Texas كيفية تغيير نسبة جزيئين من النشا في البطاطس - أميلوز وأميلوبكتين - لزيادة استخدامات الطهي والاستخدامات الصناعية للمحصول.
على سبيل المثال ، تُستخدم البطاطس الشمعية التي تحتوي على نسبة عالية من الأميلوبكتين في إنتاج البلاستيك الحيوي والمضافات الغذائية والمواد اللاصقة والكحول.
بحثت ورقتان تم نشرهما مؤخرًا في المجلة الدولية للعلوم الجزيئية والخلايا النباتية وثقافة الأنسجة والأعضاء تستكشفان كيف يمكن لتقنية كريسبر تحسين استخدام البطاطس.
تتضمن كلتا الورقتين عملاً أنجزته ستيفاني توينجا ، دكتوراه ، التي كانت طالبة دراسات عليا في مختبر Kirti Rathor ، دكتوراه ، AgriLife Plant Biotechnologist في Texas A&M Plant Genomics and Biotechnology Institute and Department of Soils. كما شاركت في تأليف الورقتين إيزابيل ويلز ، دكتوراه ، مربي بطاطس في AgriLife Research في Texas A&M Department of Horticultural Science.
قال راثور: "ستساعدنا المعلومات والمعرفة التي اكتسبناها من هاتين الدراستين على إدخال سمات أخرى مرغوبة في هذا المحصول المهم للغاية".
حقائق البطاطس
تزرع البطاطس في أكثر من 160 دولة على مساحة 40,8 مليون فدان وهي الغذاء الأساسي لأكثر من مليار شخص.
تحتوي حبة البطاطس متوسطة الحجم على حوالي 160 سعرًا حراريًا ، معظمها مشتق من النشا ، كما يقول راتور ، ولهذا السبب تعتبر الدرنات مصدرًا مهمًا للطاقة للعديد من الأشخاص حول العالم. تحتوي البطاطس أيضًا على عناصر غذائية أساسية أخرى ، بما في ذلك الفيتامينات والمعادن.
النشا له أهمية رئيسية لكل من الاستخدامات الغذائية والصناعية.
تعتبر كمية النشا في درنات البطاطس العامل الرئيسي في تحديد استخدام البطاطس.
غالبًا ما تستخدم البطاطس عالية النشا في صناعة الأطعمة المصنعة مثل البطاطس المقلية ورقائق البطاطس والبطاطس المجففة ، كما يقول ويلز.
وتقول إن البطاطس منخفضة ومتوسطة النشا غالبًا ما تستخدم طازجة أو كبطاطس مائدة. للاستهلاك الطازج للدرنات ، من العوامل المهمة الإضافية ظهور الدرنات ، بما في ذلك نسيج الجلد ولون الجلد ولون اللحم وشكل الدرنات. في الآونة الأخيرة ، ظهرت أنواع خاصة من البطاطس بأشكال مختلفة ، مثل الأطفال ؛ ذات الجلد الأحمر أو البنفسجي أو الأصفر أصبح اللحم شائعًا بسبب سهولة تحضيره وزيادة قيمته الغذائية.
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إنتاج الإيثانول من نشاء البطاطس للوقود أو المشروبات الكحولية ؛ بديل بلاستيك قابل للتحلل ؛ أو المواد اللاصقة والمجلدات وعوامل التركيب والمواد المالئة للصناعات الدوائية والنسيجية والخشبية والورقية وقطاعات الاقتصاد الأخرى.
بالنسبة للتطبيقات الصناعية ، من المهم مراعاة كمية ونوع النشا في البطاطس.
يعتقد Toinga أن النشا عالي الأميلوبكتين مرغوب فيه للأغذية والاستخدامات الصناعية الأخرى نظرًا لخصائصها الوظيفية الفريدة. على سبيل المثال ، هذه النشويات هي الشكل المفضل للاستخدام كمثبت ومكثف في الأطعمة وكمستحلب في ضمادات السلطة. يستخدم نشا الأميلوبكتين في الأطعمة المجمدة بسبب استقراره في حالة التجمد والذوبان. بالإضافة إلى ذلك ، تنتج البطاطس الغنية بنشا الأميلوبكتين مستويات أعلى من الإيثانول مقارنة بالبطاطس مع النشويات الأخرى.
فوائد تربية البطاطس بنشا مختار
يقول Toinga إن تطوير أصناف البطاطس المعدلة بالنشا يمكن أن يفتح إمكانيات جديدة. البطاطا التي تحتوي على نسبة عالية من الأميلوبكتين ومنخفضة في الأميلوز ، مثل Yukon Gold المعدل جينيًا والتي وصفتها في المجلة الدولية للعلوم الجزيئية ، لها استخدامات صناعية تتجاوز استخداماتها التقليدية.
في المقابل ، قال ويلز إن البطاطس التي تحتوي على مستويات عالية من الأميلوز وانخفاض الأميلوبكتين ستكون مرغوبة للاستهلاك البشري. يعمل الأميلوز مثل الألياف ولا يطلق الجلوكوز بسهولة مثل الأميلوبكتين ، مما يؤدي إلى انخفاض مؤشر نسبة السكر في الدم وجعل البطاطس أكثر استساغة لمرضى السكري.
تخلق تقنية CRISPR / Cas9 فرصًا جديدة
لقد وسعت تقنية CRISPR / Cas9 من صندوق الأدوات المتاح للمربين وتوفر وسيلة أكثر مباشرة وأسرع لدمج السمات المرغوبة في أصناف المحاصيل التجارية الشائعة ، يلاحظ ويلس. تعتبر التربية التقليدية عملية طويلة يمكن أن تستغرق 10-15 سنة.
بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا للطبيعة المعقدة لجينوم البطاطس ، فإن إنشاء أصناف جديدة بالمجموعة الصحيحة من السمات المرغوبة يمثل تحديًا للتكاثر التقليدي ، كما تقول. زادت التقنيات الجزيئية من كفاءة الاختيار ، ويضيف تحرير الجينات باستخدام تقنية CRISPR / Cas9 طبقة أخرى من التعقيد.
مجموعة متنوعة محسنة يوكون جولد
من بين أصناف البطاطس المختلفة التي تم تقييمها في الدراسة الأولى ، وجد أن يوكون جولد هو الأفضل ، لذلك تم استخدامه في الدراسة الثانية. كانت النتيجة بطاطس تحتوي على نسبة عالية من الأميلوبكتين ومحتوى منخفض من الأميلوز في النشا.
قال Toinga: "أظهر أحد النباتات التي خرجت ، T2-7 ، نموًا طبيعيًا وخصائص إنتاجية ، لكنه كان خاليًا تمامًا من الأميلوز".
نشا الدرنات ، T2-7 ، له تطبيقات صناعية في صناعات الورق والمنسوجات مثل المواد اللاصقة / الموثق ، والبلاستيك الحيوي ، وإنتاج الإيثانول. يجب أن يكون نشا الدرنات في هذه العينة التجريبية ، نظرًا لمقاومتها للتجميد والذوبان دون الحاجة إلى تعديلات كيميائية ، مفيدًا أيضًا في إنتاج الأطعمة المجمدة. يجب أن تنتج البطاطس التي تحتوي على الأميلوبكتين باعتباره الشكل الوحيد للنشا المزيد من الإيثانول للاستخدام الصناعي أو لإنتاج المشروبات الكحولية.
كخطوة تالية في هذه الدراسات ، تم التلقيح الذاتي للمدخل T2-7 وتم تهجينه مع سلالة مانحة من Yukon Gold ونسخات البطاطس الأخرى للقضاء على العناصر المعدلة وراثيًا.