La pomme de terre est non seulement une source de glucides alimentaires pour l'homme, mais également une source d'amidon pour de nombreuses utilisations industrielles. Les scientifiques d'A&M AgriLife Texas étudient comment modifier le rapport de deux molécules d'amidon dans les pommes de terre - l'amylose et l'amylopectine - pour augmenter les utilisations culinaires et industrielles de la culture.
Par exemple, les pommes de terre cireuses à haute teneur en amylopectine sont utilisées dans la production de bioplastiques, d'additifs alimentaires, d'adhésifs et d'alcool.
Deux articles récemment publiés dans l'International Journal of Molecular Sciences et Plant Cell, Tissue and Organ Culture explorent comment la technologie CRISPR peut améliorer l'utilisation de la pomme de terre.
Les deux articles incluent des travaux effectués par Stephanie Toinga, Ph.D., qui était étudiante diplômée dans le laboratoire de Kirti Rathor, Ph.D., biotechnologiste végétale AgriLife au Texas A&M Plant Genomics and Biotechnology Institute et au Département des sols. Isabelle Weils, Ph.D., sélectionneuse de pommes de terre chez AgriLife Research au Texas A&M Department of Horticultural Science, est également co-auteur des deux articles.
"Les informations et les connaissances que nous avons acquises grâce à ces deux études nous aideront à introduire d'autres caractéristiques souhaitables dans cette culture très importante", a déclaré Rathor.
Faits sur la pomme de terre
La pomme de terre est cultivée dans plus de 160 pays sur 40,8 millions d'acres et constitue l'aliment de base de plus d'un milliard de personnes.
Une pomme de terre de taille moyenne contient environ 160 calories, principalement dérivées de l'amidon, explique Rathor, c'est pourquoi les tubercules sont une source d'énergie importante pour de nombreuses personnes dans le monde. Les pommes de terre contiennent également d'autres nutriments essentiels, notamment des vitamines et des minéraux.
L'amidon est d'une importance capitale pour les usages alimentaires et industriels.
La quantité d'amidon dans les tubercules de pomme de terre est le principal facteur déterminant l'utilisation des pommes de terre.
Les pommes de terre à haute teneur en amidon sont souvent utilisées pour fabriquer des aliments transformés comme les frites, les chips et les pommes de terre séchées, explique Wales.
Les pommes de terre à faible et moyenne teneur en amidon sont souvent utilisées fraîches ou comme pommes de terre de table, dit-elle. Pour la consommation fraîche de tubercules, d'autres facteurs importants sont l'apparence du tubercule, y compris la texture de la peau, la couleur de la peau, la couleur de la chair et la forme du tubercule. Récemment, des variétés spéciales de pommes de terre de différentes formes sont apparues, telles que bébé; à peau et chair rouges, violettes ou jaunes deviennent populaires en raison de leur facilité de préparation et de leur valeur nutritionnelle accrue.
De plus, l'éthanol peut être produit à partir de fécule de pomme de terre pour le carburant ou les boissons alcoolisées ; substitut de plastique biodégradable; ou des adhésifs, des liants, des agents de texture et des charges pour les industries pharmaceutiques, textiles, du bois et du papier et d'autres secteurs de l'économie.
Pour les applications industrielles, il est important de tenir compte de la quantité et du type d'amidon dans les pommes de terre.
Toinga pense que les amidons à haute teneur en amylopectine sont souhaitables pour l'alimentation et d'autres utilisations industrielles en raison de leurs propriétés fonctionnelles uniques. Par exemple, ces amidons sont la forme préférée pour une utilisation comme stabilisant et épaississant dans les aliments et comme émulsifiant dans les vinaigrettes. En raison de sa stabilité à la congélation-décongélation, l'amidon d'amylopectine est utilisé dans les aliments surgelés. De plus, les pommes de terre riches en amidon d'amylopectine produisent des niveaux d'éthanol plus élevés que les pommes de terre contenant d'autres amidons.
Avantages de la sélection de pommes de terre avec de l'amidon sélectionné
Toinga affirme que le développement de variétés de pommes de terre modifiées à l'amidon pourrait ouvrir de nouvelles possibilités. Les pommes de terre riches en amylopectine et pauvres en amylose, comme la Yukon Gold génétiquement modifiée qu'elle a décrite dans l'International Journal of Molecular Sciences, ont des utilisations industrielles au-delà de leurs utilisations traditionnelles.
En revanche, les pommes de terre avec des niveaux élevés d'amylose et une faible amylopectine seraient souhaitables pour la consommation humaine, a déclaré le Pays de Galles. L'amylose agit comme les fibres et ne libère pas le glucose aussi facilement que l'amylopectine, ce qui entraîne un indice glycémique plus bas et rend les pommes de terre plus appétissantes pour les personnes atteintes de diabète.
CRISPR/Cas9 crée de nouvelles opportunités
La technologie CRISPR/Cas9 a élargi la boîte à outils à la disposition des sélectionneurs et fournit un moyen plus direct et plus rapide d'incorporer des traits souhaitables dans des variétés de cultures commerciales populaires, note Weils. L'élevage traditionnel est un long processus qui peut prendre 10 à 15 ans.
De plus, en raison de la nature complexe du génome de la pomme de terre, la création de nouvelles variétés avec le bon ensemble de traits souhaitables est un défi pour la sélection conventionnelle, a-t-elle déclaré. Les technologies moléculaires ont augmenté l'efficacité de la sélection, et l'édition de gènes utilisant la technologie CRISPR/Cas9 ajoute une autre couche de complexité.
Variété améliorée Yukon Gold
Parmi les différentes variétés de pommes de terre évaluées dans la première étude, la Yukon Gold s'est le mieux régénérée, elle a donc été utilisée dans la seconde étude. Le résultat était une pomme de terre avec une teneur élevée en amylopectine et une faible teneur en amylose dans l'amidon.
"L'une des plantes assommées, T2-7, a montré des caractéristiques de croissance et de rendement normales, mais était complètement dépourvue d'amylose", a déclaré Toinga.
L'amidon de tubercule, T2-7, a des applications industrielles dans les industries du papier et du textile comme adhésif/liant, bioplastique et production d'éthanol. L'amidon de tubercule de cet échantillon expérimental, en raison de sa résistance à la congélation et à la décongélation sans nécessiter de modifications chimiques, devrait également être utile dans la production d'aliments surgelés. Les pommes de terre contenant de l'amylopectine comme seule forme d'amidon devraient également produire plus d'éthanol à usage industriel ou pour créer des boissons alcoolisées.
Dans l'étape suivante de ces études, l'accession T2-7 a été autopollinisée et croisée avec une souche donneuse de Yukon Gold et d'autres clones de pommes de terre pour éliminer les éléments transgéniques.