Den Wundheilungsprozess bei Kartoffeln aufklären

Massive Verluste bei der Gemüsepflanze Nummer eins in den Vereinigten Staaten, den Kartoffeln, sind nicht nur auf Schädlinge oder Dürre zurückzuführen, sondern auch auf Schäden bei der Handhabung und Lagerung von Kartoffeln während der neunmonatigen Lagerung, die sie normalerweise auf ihrem Weg durchlaufen als frische Kartoffeln oder als Kartoffelchips oder Pommes frites im Supermarkt erhältlich.

Ein biochemischer Ansatz zur Identifizierung genetischer Merkmale des Wundheilungsprozesses in Kartoffeln war in einem Projekt unter der Leitung von Dylan Kosma, einem Biochemiker am College of, erfolgreich Agrarwirtschaft, Biotechnologie und natürliche Ressourcen an der University of Nevada, Reno.

In seiner Arbeit, die im Rahmen der Experimentierstationsforschung des Colleges abgeschlossen wurde, hat Kosma die ersten Transkriptionsfaktoren identifiziert, von denen bekannt ist, dass sie die Ablagerung von Komponenten regulieren, aus denen die Haut besteht, die sich während des Wundheilungsprozesses in Kartoffeln bildet.

Dylan Kosma:

„Wir arbeiten an Proteintranskriptionsfaktoren. Sie können sich Übertragungsfaktoren wie den Hauptschalter in einer Schalttafel oder einem Leistungsschalterkasten vorstellen, wobei 15 Stromkreise vom Hauptschalter gesteuert werden. Der Schlüssel liegt darin, den Hauptschalter zu finden und herauszufinden, wie er den Wundheilungsprozess bei Kartoffeln in Gang setzt.“

Ein wichtiger Bestandteil der Wundheilung bei Kartoffelknollen ist die Ablagerung eines korkigen Materials, das einen großen Teil der „Haut“ ausmacht, die die Wunde bedeckt. suberin. Suberin ist ein Lipidpolymer, das von allen Pflanzen produziert wird und ein Hauptbestandteil des Wundheilungsgewebes bei Kartoffeln ist.

Obwohl dieses Wundheilungsgewebe in fast jeder Pflanze vorkommt, weiß man noch relativ wenig über seine Zusammensetzung und Funktion. Noch weniger weiß man über die genetische Kontrolle der Wundheilung. suberin Formation.

schlecht suberin Die Produktion während des Wundheilungsprozesses ist ein Hauptgrund für Verluste bei Kartoffeln nach der Ernte. Verschiedene Kartoffelsorten heilen besser als andere. Eine effiziente Wundheilung und die damit verbundene suberin Bei der Produktion ist das Versiegeln der Wundstellen an der Knollenwurzel von entscheidender Bedeutung, um das Eindringen von Krankheitserregern und damit verbundene Knollenverluste bei der Lagerung zu verhindern.

Dylan Kosma:

„Wir nutzen das Kartoffelmodell, um die Biosynthese und Regulierung von suberin. Mithilfe genetischer Studien werden wir den Kartoffelzüchtern helfen, die richtige Genkombination für die Züchtung von Kartoffeln mit besserer Wundheilungsfähigkeit und verbesserter Lagerfähigkeit zu finden, um so die Verluste nach der Ernte zu verringern.“

Die Arbeit wird nicht nur im Labor unter dem Mikroskop durchgeführt. Kosma züchtet in den klimatisierten Gewächshäusern des College ein Gewächshaus voller Kartoffeln. Anhand der Gewächshauspflanzen hat das Team mithilfe der CRISPR-basierten Editierung, einer gentechnischen Technik, die Gene in Kartoffeln identifiziert, um die Funktion dieser Hauptschalter, die Wunden aktivieren, besser zu verstehen. suberin Ablage.

Postdoc mit KartoffelnDylan Kosma:

„Das übergeordnete Ziel besteht darin, die Funktion dieser neuartigen Transkriptionsfaktoren bei der Regulierung des Wundheilungsprozesses und ihre Rolle bei den unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Wundheilung von Knollen bei kommerziellen Chipping-Sorten zu bestimmen. Wenn sie besser und schneller heilen können, können wir Lagerverluste reduzieren. Wie der sprichwörtliche faule Apfel verdirbt ein schlechter Apfel den Haufen.“

Physische Schäden an Kartoffeln in Form von Verletzungen und Häutungen während der Ernte und dem Transport zu Lagerstätten sind unvermeidlich. Eine schlechte Wundheilung und eine daraus resultierende Infektion mit Krankheitserregern sind eine der Hauptursachen für die Lagerverluste nach der Ernte.

Einige kommerzielle Sorten – Pflanzen, die durch gezielte Züchtung entstanden sind – wie zum Beispiel die Atlantic Diese Sorte besitzt zwar wünschenswerte Eigenschaften für Kartoffelchips, jedoch eine schlechte Wundheilungsfähigkeit, was zu größeren Verlusten während der Lagerung führt.

Kosma begann diese Forschung vor vier Jahren mit einem Stipendium der National Science Foundation. Er ist weiterhin auf der Suche nach den entscheidenden Faktoren, um schmackhafte, haltbare Kartoffeln herzustellen, und erhält dafür weiterhin die Finanzierung eines führenden Kartoffelchip-Herstellers, der versucht, Lagerverluste durch selektive Auszüchtung dieser schlechten Wundheilungseigenschaften zu reduzieren.

Dylan Kosma:

„Manche Sorten haben einen hervorragenden Geschmack für Chips oder Pommes Frites, lassen sich aber schlecht lagern. Andere lassen sich gut lagern, haben aber nicht den besten Geschmack. Meine Gruppe arbeitet mit der Industrie und Kartoffelzüchtern zusammen, um die Lagerfähigkeit dieser hochwertigen Sorten zu verbessern. Damit die Chipsproduktion das ganze Jahr über erfolgen kann, ist eine langfristige Lagerung der Kartoffeln erforderlich.“

Kartoffeln, ein Grundnahrungsmittel auf der ganzen Welt, gehören zu den fünf wichtigsten Nutzpflanzen in Nevada und sind in den Vereinigten Staaten die Gemüsepflanze Nummer eins mit einem Umsatz von mehr als 4 Milliarden US-Dollar. Bis zu 33 % des US-Kartoffelertrags gehen jedes Jahr aufgrund von Nachernteproblemen verloren; Dies entspricht etwa 1.2 Milliarden US-Dollar an potenziellem Einkommensverlust – allein auf der Ebene des Landwirts. Zusätzlich zur Eindämmung der Verlustflut bei Kartoffeln hofft Kosma, dass die dabei gewonnenen Erkenntnisse auch auf andere Nahrungspflanzen anwendbar sein werden.