Fakta
Aktivera ordförklaringar

Industriapplikation – grödor med ändrad stärkelsesammansättning

Potatis och majs med ändrad stärkelsesammansättning har tagits fram med hjälp av genteknik. De är exempel på förädling med syfte att producera specifika ämnen i olika grödor.

Sammanfattning

Genteknik kan användas för förädling av växter som producerar specifika ämnen för olika ändamål. Här är några exempel:

  • Stärkelse som inte behöver modifieras kemiskt.
  • Ved med ändrad ligninsammansättning som kräver mindre energi vid papperstillverkning.
  • Oljegrödor som producerar omega-3-fiskoljor för fiskfoder.

I det här kapitlet beskrivs exemplet med stärkelse som utvinns från majs och potatis.

Stärkelse består av en blandning av amylopektin och amylos och proportionerna av dem bestämmer stärkelsens egenskaper. För att stärkelsen ska passa olika ändamål så behandlas den vanligen kemiskt. För användning som förtjockningsmedel i till exempel såser, krämer och yoghurt som ska ha en bra och stabil konsistens bör stärkelsen till exempel enbart innehålla amylopektin.

Genteknik kan användas för att ta fram växter som producerar en stärkelse som inte behöver kemisk behandling. Både genomredigering och transgenteknik har använts för att ta fram potatis med nästan hundra procent amylopektin-stärkelse. Motsvarande egenskaper har tagits från hos majs.

Potatis (Solanum tuberosum). Bild från Pixabay.

Potatisknölar innehåller stärkelse

Under fotosyntesen bildas socker (glukos) som växten använder som näring, och syrgas som släpps ut i luften. En del av det glukos som produceras lagras i växten som stärkelse i stärkelsekorn. Hos potatis lagras mycket stärkelse i potatisknölarna.

Stärkelse består av två typer av molekyler som båda är uppbyggda av glukosenheter. Den ena är amylopektin som är en stor, starkt förgrenad molekyl. Den andra är amylos som huvudsakligen består av långa, oförgrenade kedjor. Skillnaderna i struktur ger molekylerna olika egenskaper.

Stärkelse med olika egenskaper för olika produkter

Stärkelsens egenskaper påverkar hur den fungerar i olika produkter. När stärkelse värms upp i vatten sväller stärkelsekornen och stärkelsen gör att vätskan tjocknar. När den sedan svalnar kan molekylerna ordna om sig, vilket kan göra att konsistensen förändras och att vatten avges.

Stärkelse med hög andel amylopektin blir mindre geléaktig och släpper ifrån sig mindre vatten än stärkelse men mindre andel amylos. Det passar bra när stärkelsen till exempel används som förtjockningsmedel i livsmedelsprodukter, eller i tillverkningen av lim och klister.

Stärkelse med hög andel amylos däremot ger en mer resistent stärkelse, som inte bryts ner så lätt i enzymatiska processer. Det kan bidra till en långsammare ökning av blodsockret efter en måltid och används exempelvis i bröd och andra bakverk. Hög andel amylos i stärkelse ger också mer geléartade produkter.

Kemisk bearbetning eller genteknik

Stärkelsens egenskaper kan ändras genom att ändra förhållandet mellan amylopektin och amylos. Det görs vanligtvis med kemisk bearbetning efter att stärkelsen utvunnits ur potatisen.

Ett alternativ till att kemiskt modifiera stärkelsens egenskaper är att förändra potatisens stärkelsesammansättning med genteknik.

Amylopektinpotatis via genomredigering

Med hjälp av genomredigering har forskare vid Sveriges lantbruksuniversitet (SLU) i samarbete med Sveriges stärkelseproducenter tagit fram en potatis med förändrad stärkelsekvalitét.

Mutationer har inducerats i genen GBSS (granule-bound starch synthase), som kodar för ett enzym som behövs för att bilda amylos. Det leder till att det inte längre bildas amylos i potatisknölarna, och stärkelsen består i stället av i princip enbart amylopektin.

Vanlig odlad potatis är tetraploid, vilket innebär att den har fyra kopior av de flesta gener. För att slå ut amylosbildningen behövde forskarna därför få in mutationer i samtliga fyra kopior av GBSS-genen.

En kombination av redigeringar kan behövas

Forskare har även kombinerat mutationer i GBSS med att indicera andra mutationer till exempel gener som kodar för de stärkelseförgrenande enzymerna SBEI och SBEII. Det är enzymer som skapar förgreningar i stärkelsemolekylen och bidrar till att mer amylopektin bildas.

Mycket forskning pågår och genom att förändra olika gener i stärkelsebildningen försöker forskare utveckla potatis med olika stärkelsesammansättning för olika ändamål.

Den genomredigerade amylopektinpotatisen i växthus. Foto: Mariette Andersson.

Ingen genomredigerad potatis godkänd

Någon genomredigerad stärkelsepotatis finns inte ännu på marknaden. I och med att den räknas som en GMO omfattas den av EU:s GMO-lagstiftning som ställer krav på omfattande riskbedömning, men också robusta metoder för att kunna spåra de genetiska förändringarna. I och med att förändringarna består av enstaka mutationer är det mycket svårt att ta fram en sådan metod, och det blir därmed svårt att kommersialisera den genomredigerade amylopektinpotatisen.

Sedan 2005 finns den nederländska potatissorten Eliane på marknaden. Den har utvecklats genom mutationsförädling med röntgenstrålning och ger stärkelse som till mer än 95 procent består av amylopektin. Den relevanta mutationen finns i GBSS-genen, som också är målet för genomredigeringen i den svenska amylopektinpotatisen. Eftersom Eliane har tagits fram med konventionell mutationsförädling omfattas den inte av EU:s GMO-lagstiftning.

Den nya NGT-förordningen (EU) 2026/1388, som börjar gälla 2028, syftar till att skapa ett regelverk som är bättre anpassat till genomredigerade grödor. Enligt den nya förordningen ska inte genomredigerade växter som fått förändringar som också skulle ha kunnat uppkomma genom konventionell förädling regleras som genetiskt modifierade organismer.

Transgen stärkelsepotatis

Den genomredigerade amylopektinpotatisen har samma egenskap (minskat amylos) som en tidigare utvecklad potatis som kallas Amflora.

Amflora togs fram av svenska forskare redan under 1990-talet. Den potatisen var transgen, det vill säga har fått nytt DNA insatt i genomet. Metoden skiljer sig därmed från den genomredigerade potatisen där några av potatisens egna gener muterats.

Potatis (Solanum tuberosum). Bild från Pixabay.

Hur antisens-RNA används i Amflorapotatisen

För att minska tillverkningen av amylos i Amflorapotatisen använde forskarna antisens-RNA-teknik. Metoden innebar att potatisen modifierades genetiskt med en gen som kodar för ett antisens-RNA.

Detta RNA var utformat för att binda komplementärt med ett mRNA från en gen som är viktig för syntesen av amylos. När de två RNA-molekylerna kopplades samman bildades en dubbelsträngad RNA-molekyl. En sådan molekyl känns igen som något främmande i cellen och bryts ner. Nedbrytningen förhindrade mRNA att nå fram till proteintillverkningen och produktionen av amylos minskade.

Resultatet blev att det nästan enbart bildades amylopektin i potatisen. Utöver genen för antisens-RNA bar Amflora också på en gen som gav resistens mot antibiotikan kanamycin. Det var en egenskap som användes som selektion under utvecklingen av potatisen.

Tillbakadraget godkännande

Under 2010 och 2011 odlades Amflora för produktion av utsäde i Sverige och Tyskland och under 2010 för stärkelseproduktion i Tjeckien. År 2013 ogiltigförklarades godkännandet för odling inom EU på grund av ett anfört procedurfel i godkännandeprocessen.

Det företag som ägde Amflora och ytterligare några genetiskt modifierade potatissorter drog tillbaka ansökningar om marknadsgodkännande och flyttade sin verksamhet från Europa till USA.

Genomredigerad stärkelsemajs

Majs lagrar mycket stärkelse i majskornen. Majsstärkelse består normalt av ungefär sjuttiofem procent amylopektin och tjugofem procent amylos. Precis som för potatisstärkelse modifieras majsstärkelse kemiskt för olika användningsområden.

En typ av majs kallas för ”waxy”, och har odlats i över hundra år. En sådan majs har ändrad stärkelsesammansättning, och bildar nästan enbart amylopektin. Namnet har den fått eftersom majskornen har en vaxliknande innandöme, beroende av den ändrade stärkselsammansättningen.

Majs, Zea mays. Bild från Pixabay.

Egenskap som flyttas till fler linjer av majs

Men hjälp av genomredigering har waxy-egenskapen introducerats i elitmajs-linjer. Det gjordes genom att CRISPR/Cas9 riktades mot WAXY-genen som behövs för bildningen av amylos.

Anledningen till att använda genomredigering i stället för korsning i syfte att föra över waxy-anlaget till fler majssorter är att det är snabbare. Det innebär också att andra oönskade anlag som är genetiskt kopplade till waxy-anlaget inte följer med i korsningen. Sådana anlag kan vara svåra eller rent av omöjliga att bli av med även om återkorsningar görs upprepade gånger till elit-linjen.

Högre avkastning

I fältförsök visades också att CRISPR-waxy-majsen gav högre avkastning än dess konventionella motsvarighet. Det indikerar att tekniken att använda genomredigering för att ändra ett specifikt anlag i stället för att korsa in det anlaget kan vara en bättre och mer effektiv förädlingsteknik.

CRISPR-waxy-majsen har fått regulatoriskt klartecken i flera länder, inkluderande USA, Brasilien, Argentina, Chile, Kanada och Japan men den är ännu inte kommersiellt tillgänglig

Referenser

Mer inom samma ämne