DNA-Marker sorgen für längere Frische bei Kartoffeln
Irland ist weltweiter Kartoffelproduzent. Lokal erzeugte Kartoffeln sind für irische Produzenten von Kartoffelchips und Pommes frites Vorräte jedoch immer weniger eine Option, vor allem, weil die Lagerung schwierig ist. Jährlich müssen inzwischen mehr als 50.000 Tonnen Kartoffeln importiert werden. Normalerweise werden Kartoffeln, aus denen Chips und Pommes Frites erzeugt werden, nicht unter 8°C gelagert, da sich Stärke sonst in Glucose und Fructose umwandelt. Um das Keimen zu verlangsamen, wird oft der Keimstopp Chlorpropham eingesetzt, eine gesundheitlich bedenkliche chemische Substanz, die die EU auslaufen lassen will. Auf der Suche nach Alternativen zum chemischen Keimstopp entwickelte das EU-finanzierte Projekt GENSPI (Genomic Selection for Potato Improvement) ein System genetischer Marker zur Identifizierung von Pflanzen, die weniger anfällig gegen die Glucose- und Fructosebildung sind. Damit können die Knollen auch bei 3 oder 4°C gelagert werden, einer Temperatur, die niedrig genug ist, um die Keimung deutlich zu verzögern. "Durch Glucose und Fructose, die bei der Kühllagerung gebildet werden, dunkeln Kartoffelchips und Pommes frites beim Frittieren stark nach und schmecken inakzeptabel bitter. Durch die Zuckerverbindungen kann sich auch die Konzentration des potenziell krebserregenden Acrylamids erhöhen", sagt Dan Milbourne, Projektkoordinator von GENSPI. Verlangsamung der Zuckerbildung GANSPI entwickelte neue genomische Selektionsmethoden, mit der Züchter Kartoffelsorten bestimmen können, die gegen die Zuckerbildung bei niedrigen Temperaturen resistent sind. Hierfür stellten die Forscher ein größeres Sortiment an Kartoffelpflanzen zusammen und frittierten Tausende von Knollen (um etwa 10.000 Tüten Kartoffelchips zu erhalten). Die Kartoffeln waren zuvor bei verschiedensten Temperaturen gelagert worden. Nach dem Frittieren wurden die Farbabstufungen bestimmt, um Zusammenhänge zwischen Frittierfarbe und genetischer Variation der Pflanze zu finden. "Da die Frittierfarbe von vielen Genen beeinflusst wird, war unser bester Ansatz, das Genom an vielen Stellen auf Variationen zu untersuchen, um Korrelationen zwischen Farbe und genetischer Variation zu finden", erklärt Milbourne. Die Forscher identifizierten dann mit neuesten Methoden der Genomsequenzierung (NGS, Next Generation Sequencing) im gesamten Genom mehr als 100.000 Regionen, bei denen die DNA-Sequenz zwischen den Pflanzen variierte. Dann wurden mittels Genotyp-Phänotyp-Analysen statistische Modelle erstellt, mit denen sich die Frittierfarbe aus den DNA-Sequenzierungsdaten vorhersagen lässt. "In den 100.000 Regionen mit genetischen Unterschieden zwischen den Zuchtlinien fanden wir einige DNA-Marker, die auf die spätere Frittierfarbe hindeuten. Damit hätten wir einen kostengünstigen DNA-Test zur Prognose der Frittierfarbe, mit dem Zehntausende von Pflanzen in einem Kartoffelzüchtungsprogramm getestet werden können", sagt Stephen Byrne, der unterstützt durch ein Marie Skłodowska-Curie-Programm die Forschung koordinierte. Bislang kreuzen Kartoffelzüchter Pflanzensorten, um bis zu 100.000 Sämlinge zu produzieren, und beseitigen dann ungeeignete Pflanzen über einen Zeitraum von 10 Jahren. Sorten, die gegen Glucose- und Fructosebildung resistent sind, lassen sich erst gegen Ende dieser Zeit identifizieren, sodass viele mutmaßlich ungeeignete Sorten mitunter zu früh aussortiert werden. GENSPI führte seine Forschung in Zusammenarbeit mit einem kommerziellen Kartoffelzuchtprogramm unter der Leitung von Denis Griffin durch. Mit der neu entwickelten Technik können resistente Pflanzen bereits zu Beginn des 10-jährigen Zuchtprogramms identifiziert werden. Das Team hofft, dass das Projekt die Züchtung einer oder mehrerer Sorten befördern wird, die auch bei niedrigen Lagerungstemperaturen eine ausgezeichnete Frittierfarbe liefern, ohne dass ein chemischer Keimstopp benötigt wird. "Wir hoffen, die Sorten in den kommenden fünf Jahren auf dem Markt zu finden", schließt Griffin.
Schlüsselbegriffe
GENSPI, Kartoffeln, Chips, Pommes frites, Zucht, Acrylamid, Irland