Étude des bases génétiques et physiologiques du besoin en azote des levures Saccharomyces cerevisiae en fermentation alcoolique

Physiological and genetic approach of nitrogen requirement of Saccharomyces cerevisiae in alcoholic fermentation

• Auteur / Autrice : Claire Brice
• Direction : Bruno Blondin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie, microbiologie
• Date : Soutenance le 05/12/2013
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences des Procédés – Sciences des Aliments (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Sciences Pour l'Oenologie (Montpellier ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marie François
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Gemma Beltran, Jean-Luc Legras, Jean-Christophe Riou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexandre Hervé

Mots clés

Mots clés libres

Azote

Saccharomyces cerevisiae

Qtl

Fermentation oenologique

Génétique

Nitrogen

Saccharomyces cerevisiae

Qtl

Wine fermentation

Genomic

Résumé

Les souches œnologiques présentent une importante diversité dans leur besoin en azote, qui se traduit par des différences de capacité fermentaire. A l'heure actuelle, les mécanismes impliqués dans la variabilité des profils fermentaires, suite à un épuisement en azote dans le milieu, ne sont pas connus. L'identification de ces mécanismes serait un atout dans la compréhension des phénomènes conduisant aux fermentations problématiques et dans les reprises de fermentation. Afin d'identifier ces mécanismes, nous avons couplé une approche de physiologie et génomique classique, à une approche de génétique impliquant la recherche de QTL basée sur l'efficacité fermentaire en condition de carence en azote. Nous avons ainsi caractérisé cette différence de besoin en azote entre souches comme étant une variabilité dans la capacité à percevoir la carence en azote et à développer un programme de quiescence réduisant le flux d'énergie et augmentant un état de stress. Ces remaniements d'énergie se traduisant alors par des différences de capacités fermentaires. L'approche QTL a quant à elle permis de détecter 23 régions du génome potentiellement impliquées dans le maintien de la capacité fermentaire. Après analyse nous avons identifié 4 gènes dont les variations alléliques sont responsables des variations phénotypiques entre souches. L'utilisation de ces gènes pourrait permettre la conception de marqueurs génétiques, exploités pour la sélection de souches ayant de bonnes capacités fermentaires. Les données issues de cette approche QTL suggèrent une étroite corrélation entre les différences de réponse au stress par les souches et l'implication des mécanismes de perception et de signalisation de l'azote. Enfin, l'ensemble de nos travaux offre une nouvelle hypothèse, en désignant la voie TOR comme le mécanisme responsable de la variation des capacités fermentaires entre souches.

Oenological strains present an important diversity in nitrogen requirement, which result by difference in the fermentative performances. Nowadays, mechanisms involved in variability of fermentation profiles, result in nitrogen depletion in the medium, are not known. The identification of these mechanisms would be an advantage in the comprehension of phenomena leading to problematic fermentation and the fermentation restart. To identify these mechanisms, we have coupled a physiological and classical genomic approach with a genetic approach involving the QTL mapping based on the fermentation capacity in conditions of deficiency. We have characterized this difference in nitrogen requirement between strains as variability in the ability to sense nitrogen starvation and develop a quiescent program that reduces the flow of energy and increases its adaptation to stress. These energy rearrangements result in differences of fermentative performances. QTL approach allowed to detect 23 genome regions potentially involved in maintaining of the fermentative capacity. After analysis we have identified 4 genes for which allelic variations are responsible for the phenotypic variation between strains. The use of these genes may allow the design of genetic markers, exploited for the selection of strains with good fermentation capacity. The data from this QTL approach suggest a correlation between differences in stress response and the involving of mechanisms sensing and nitrogen signaling. Finally, all our work supplies a new hypothesis, pointing to the TOR pathway as the mechanism responsible of variation in fermentation capacity between strains.