Starch and antioxidant properties of Quebec-bred potato genotypes

This thesis describes an investigation of the nutritional characteristics of potatoes (Solanum tuberosum L.) that included starch quality, glycemic index (GI), glycemic load (GL), protein content, antioxidant capacity, ascorbic acid, and phenolics. In the first study, nineteen genotypes from the Quebec breeding programs at Les Buissons and McGill were examined and three top performing genotypes were identified including Kalmia, QP01009.05JP, and MS1406, which were selected based on lower GL, superior starch characteristics, greater antioxidant capacity, and phenolic content. Multivariate regression models were developed to define various explanatory variables that can predict GL. In the second study, four somatic lines derived from Russet Burbank were compared to Russet Burbank (control), while inter-seasonal differences for starch quality and stability, antioxidant capacity, ascorbic acid and phenolic profile were also assessed. No notable differences between seasons were observed, although the MS1406 line (season two) had a lower GI, a greater antioxidant capacity measured by the Folin-Ciocalteu assay, and greater rutin content compared to the control. This somaclone shows potential as an alternative to Russet Burbank, with the same yield and fry quality but improved antioxidant value, which is of increasing interest to consumers. In the final study, a hormetic field trial was conducted to determine if yield, fry quality, and tuber phytonutrient content, were affected in field plants exposed to H2O2 sprays. There were some minor cultivar differences, but no impact on yield or nutritive quality was observed, in direct contrast to literature reports. Information in this thesis has immediate benefits; superior genotypes were identified for the Les Buissons breeding program. For example, cv. Kalmia and the advanced line QP01009.05JP can be promoted for their phytonutrient quality. Of the McGill somaclones, MS1406 appears to have better phytonutrient content than cv. Russet Burbank. The models that were developed using extensive data collected from 19 genotypes can now be applied more generally towards identification of genotypes with lower GL. Information in this thesis indicated, but did not explain, the ineffective use of H2O2 as a hormetic agent in the field. These results were in contrast to the hormetic effects seen in our lab in in vitro trials and by others, in field trials. In conclusion, Quebec genotypes with superior nutritional features were identified and modeling techniques were developed to more readily identify potato genotypes with lower GL.Cette thèse présente les résultats d'une étude des caractéristiques nutritionnelles de pommes de terre (Solanum tuberosum L.) notamment le type d'amidon, l'index glycémique, la charge glycémique, le contenu en protéine, le potentiel antioxydant, l'acide ascorbique, et les polyphénols. Dans la première étude, dix-neuf génotypes issus du programme de culture Québécois Les Buissons et de McGill, furent étudiés. De tous les génotypes, trois se sont distingués, Kalmia, QP01009.05JP, MS1406, en se basant sur les facteurs suivants: une charge glycémique plus basse, une meilleure qualité d'amidon, le potentiel antioxydant, et la teneur en polyphénols. Des modèles de régression multiple ont été développés pour identifier les caractéristiques permettant de prédire la charge glycémique. Dans la seconde, on a étudié quatre lignes somatiques dérivées de la pomme de terre Russet Burbank, pour en vérifier la stabilité d'une saison à l'autre et comparer avec l'échantillon de contrôle Russet Burbank, en se basant sur les facteurs suivants: une charge glycémique plus basse, une meilleure qualité d'amidon, le potentiel antioxydant, l'acide ascorbique et la teneur en polyphénols. Aucune différence saisonnière n'a été observée. Cependant, la ligne MS1406 (deuxième saison) présentait un index glycémique plus bas, un meilleure potentiel antioxydant, et taux plus élevé de rutine comparé avec l'échantillon de contrôle. Ce somaclone pourrait remplacer avantageusement Russet Burbank en vertu de ces meilleures caractéristiques nutritionnelles, sans compromettre le rendement et le potentiel de transformation industrielle. Pour la dernière étude, nous avons exposé les plantes, déjà en culture dans les champs, à H2O2 comme agent hormétique, afin d'en déterminer l'effet sur le rendement, le potentiel de transformation industrielle et les caractéristiques nutritionnelles. Contrairement à ce qu'on retrouve dans la littérature, nous n'avons pas observé d'amélioration des caractéristiques nutritionnelles, ou du rendement, suite à l'application de H2O2. L'importance de cette recherche est qu'elle démontre les avantages qu'il y a, pour Les Buissons, à promouvoir Kalmia et QP01009.05JP, en regard de leurs meilleures caractéristiques nutritionnelles. La ligne MS1406, de McGill, présentait des meilleures caractéristiques nutritionnelles comparées avec l'échantillon de contrôle (Russet Burbank). Les modèles de régression multiple développés à partir des données de dix-neuf génotypes, peuvent maintenant être utilisés pour prédire la charge glycémique de toute autre pomme de terre. Nous savons maintenant que l'utilisation de H2O2 comme agent hormétique ne fonctionne pas, contrairement à ce qu'on a observé dans nos laboratoires invitro, et ce qui a été observé dans les cultures dans les champs selon la littérature