La patata no solo es una fuente de carbohidratos dietéticos para los humanos, sino también una fuente de almidón para numerosas aplicaciones industriales. Los científicos de A&M AgriLife Texas están estudiando cómo cambiar la proporción de dos moléculas de almidón en las papas, la amilosa y la amilopectina, para aumentar los usos culinarios e industriales del cultivo.
Por ejemplo, las patatas cerosas con un alto contenido de amilopectina se utilizan en la producción de bioplásticos, aditivos alimentarios, adhesivos y alcohol.
Dos artículos publicados recientemente en International Journal of Molecular Sciences y Plant Cell, Tissue and Organ Culture exploran cómo la tecnología CRISPR puede mejorar la utilización de la papa.
Ambos documentos incluyen el trabajo realizado por Stephanie Toinga, Ph.D., quien fue estudiante de posgrado en el laboratorio de Kirti Rathor, Ph.D., biotecnóloga de plantas AgriLife en el Instituto de Genómica y Biotecnología de Plantas de Texas A&M y el Departamento de Suelos. Isabelle Weils, Ph.D., mejoradora de papas en AgriLife Research en el Departamento de Ciencias Hortícolas de Texas A&M también fue coautora de ambos artículos.
“La información y el conocimiento que hemos obtenido de estos dos estudios nos ayudarán a introducir otras características deseables en este cultivo tan importante”, dijo Rathor.
Datos de la patata
La papa se cultiva en más de 160 países en 40,8 millones de acres y es el alimento básico de más de mil millones de personas.
Una papa de tamaño mediano contiene alrededor de 160 calorías, en su mayoría derivadas del almidón, dice Rathor, razón por la cual los tubérculos son una importante fuente de energía para muchas personas en todo el mundo. Las patatas también contienen otros nutrientes esenciales, como vitaminas y minerales.
El almidón tiene una importancia clave tanto para usos dietéticos como industriales.
La cantidad de almidón en los tubérculos de papa es el factor principal para determinar el uso de papas.
Las papas con alto contenido de almidón a menudo se usan para hacer alimentos procesados como papas fritas, papas fritas y papas secas, dice Wales.
Las papas con bajo y medio almidón a menudo se usan frescas o como papas de mesa, dice ella. Para el consumo fresco de tubérculos, factores importantes adicionales son la apariencia del tubérculo, incluida la textura de la piel, el color de la piel, el color de la pulpa y la forma del tubérculo. Recientemente han aparecido variedades especiales de patatas de diversas formas, como baby; con piel y pulpa roja, morada o amarilla se están volviendo populares debido a su facilidad de preparación y mayor valor nutricional.
Además, se puede producir etanol a partir de fécula de patata para combustible o bebidas alcohólicas; sustituto de plástico biodegradable; o adhesivos, aglutinantes, texturizantes y rellenos para la industria farmacéutica, textil, maderera y papelera y otros sectores de la economía.
Para aplicaciones industriales, es importante considerar la cantidad y el tipo de almidón en las papas.
Toinga cree que los almidones con alto contenido de amilopectina son deseables para alimentos y otros usos industriales debido a sus propiedades funcionales únicas. Por ejemplo, tales almidones son la forma preferida para uso como estabilizador y espesante en alimentos y como emulsionante en aderezos para ensaladas. Debido a su estabilidad de congelación y descongelación, el almidón de amilopectina se usa en alimentos congelados. Además, las papas ricas en almidón de amilopectina producen niveles más altos de etanol en comparación con las papas con otros almidones.
Beneficios del Mejoramiento de Papa con Almidón Seleccionado
Toinga dice que desarrollar variedades de patata modificadas con almidón podría abrir nuevas posibilidades. Las papas con alto contenido de amilopectina y bajo contenido de amilosa, como la Yukon Gold editada genéticamente que describió en el International Journal of Molecular Sciences, tienen usos industriales más allá de sus usos tradicionales.
Por el contrario, las papas con altos niveles de amilosa y bajos de amilopectina serían deseables para el consumo humano, dijo Wales. La amilosa actúa como fibra y no libera glucosa tan fácilmente como la amilopectina, lo que resulta en un índice glucémico más bajo y hace que las papas sean más apetecibles para las personas con diabetes.
CRISPR/Cas9 crea nuevas oportunidades
La tecnología CRISPR/Cas9 ha ampliado la caja de herramientas disponible para los mejoradores y proporciona un medio más directo y rápido para incorporar los rasgos deseados en variedades de cultivos comerciales populares, señala Weils. La cría tradicional es un proceso largo que puede llevar de 10 a 15 años.
Además, debido a la naturaleza compleja del genoma de la papa, la creación de nuevas variedades con el conjunto correcto de características deseables es un desafío para el mejoramiento convencional, dice. Las tecnologías moleculares han aumentado la eficiencia de la selección, y la edición de genes usando la tecnología CRISPR/Cas9 agrega otra capa de complejidad.
Variedad mejorada Yukon Gold
Entre las diversas variedades de papa evaluadas en el primer estudio, Yukon Gold fue la que mejor regeneró, por lo que se utilizó en el segundo estudio. El resultado fue una patata con un alto contenido de amilopectina y un bajo contenido de amilosa en el almidón.
“Una de las plantas noqueadas, T2-7, mostró características normales de crecimiento y rendimiento, pero carecía por completo de amilosa”, dijo Toinga.
El almidón de tubérculo, T2-7, tiene aplicaciones industriales en las industrias del papel y textil como adhesivo/aglutinante, bioplástico y producción de etanol. El almidón de tubérculo de esta muestra experimental, por su resistencia a la congelación y descongelación sin necesidad de modificaciones químicas, también debería ser útil en la elaboración de alimentos congelados. Las papas con amilopectina como única forma de almidón también deberían producir más etanol para uso industrial o para crear bebidas alcohólicas.
Como siguiente paso en estos estudios, la accesión T2-7 se autopolinizó y se cruzó con una cepa donante de Yukon Gold y otros clones de papa para eliminar los elementos transgénicos.