Caractérisation des gènes impliqués dans l'adaptation des levures à l'élevage en voile en utilisant une approche génomique

A genome based approach to characterize genes involved in yeast adaptation to Sherry-like wines’ biological ageing

• Auteur / Autrice : Anna Lisa Coi
• Direction : Sylvie Dequin, Marilena Budroni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie, microbiologie
• Date : Soutenance le 21/02/2014
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro en cotutelle avec Università degli studi di Sassari (Sassari, Italie)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences des Procédés – Sciences des Aliments (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences Pour l'Oenologie (Montpellier ; 1999-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvie Dequin, Marilena Budroni, Jean-Luc Legras, Ilaria Mannazzu
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Amparo Querol, Pietro Buzzini

Mots clés

Mots clés libres

Saccharomyces cerevisiae

Souches flor

Biofilm

Évolution adaptative

Séquençage du génome

Saccharomyces cerevisiae

Flor strains

Biofilm

Adaptive evolution

Genome sequencing

Résumé

La fermentation œnologique et le vieillissement oxydatif des vins sous voile représentent des modes de vie très contrastés qui sont effectués par deux lignées différentes de souches de levures de l'espèce Saccharomyces cerevisiae. Dans cette thèse, nous avons comparé le génome de souches de levures de voile à celui de levures de vin afin de détecter leurs spécificités. Nous tout d'abord sélectionné 16 souches (8 levures de vin et 8 levures de voile) isolées en France, Hongrie, Italie et Espagne, pour séquencer leur génome sur une plateforme Illumina (HiSeq2000). Nous avons également développé un ensemble de souches de vin et de voile haploïdes pour l'évaluation moléculaire de différentes cibles. Nous avons également mis au point un milieu synthétique mimant le vin à cette fin. A partir de la comparaison des séquences du génome nous avons établi une phylogénie qui montre que les levures de voile représentent un groupe spécifique de levure, différentes des levures de vin, puis à partir de différentes méthodes (analyse en composantes principale, diversité nucléotidique et D de Tajima) nous avons identifié des régions divergentes. Ces régions variantes comprennent des gènes remplissant plusieurs fonctions clé associées à la croissance en voile. En particulier, des variations alléliques ont été rencontrées chez les levures de voile pour plusieurs gènes impliqués dans la régulation de l'expression de FLO11 tels que les voies MAP kinase, ou des voies Ras/cAMP/PKA, ainsi que pour plusieurs gènes impliqués dans l'homéostasie des cations divalents de métaux de transition tels que le zinc, le cuivre ou le fer. La comparaison des transcriptomes d'une levure de voile et d'une levure de vin sur notre milieu synthétique a révélé des différences d'expression pour les floculines (FLO1, 5, 8, 11) ainsi que pour le transport des hexoses, mais a également suggéré que la levure de voile P3-D5 était en situation de carence en zinc et en inositol par rapport à la levure de vin, tandis que la levure de vin K1 exprimait certains gènes suggérant des défauts mitochondriaux. L'impact de la variation allélique de plusieurs gènes a été évalué dans le phénotype de voile: le transporteur de zinc à haute affinité Zrt1 ainsi que la pyruvate décarboxylase majeure Pdc1.

Wine fermentation and flor ageing are performed by two groups of the yeast Saccharomyces cerevisiae, with very different lifestyles. In this thesis we have studied the genome of flor yeast in comparison to wine yeast in order to unravel their specificities. We have first selected 16 strains (8 wine and 8 flor) from France, Hungary, Italy and Spain in order to sequence their genome sequence on an Illumina HiSeq2000 platform. Three flor strains and two wine strains were haploidized in order to obtain a set of haploid flor strains for the molecular evaluation of different targets. We developed as well a synthetic media mimicking wine for that purpose. From the genome sequence we have drawn a phylogeny that showed that flor yeasts represent a specific lineage of yeast, different from the wine strains lineage, and identified divergent regions. These regions contain genes involved in key functions and several associated with velum growth. Remarkably, many genes involved in FLO11 regulation such as MAP kinase, or Ras/PKA pathways were mutated among flor strains and many variations were encountered in genes involved in metal homeostasis such as zinc and divalent metal transporters. A transcriptome analysis comparing one flor and one wine yeast on our wine synthetic media revealed expression differences associated to floculins and hexose transport, but also suggested that flor yeast P3-D5 face a zinc and inositol deficiency, whereas wine yeast K1 presented mitochondrial defects. The impact of allelic variation of several genes coding for the high affinity zinc transporter (ZRT1), and the major pyruvate decarboxylase (PDC1) has been evaluated in order to assess their role in the flor phenotype.