Bases génétiques et réduction de la production d’acide acétique chez des hybrides Saccharomyces cerevisiae X Saccharomyces kudriavzevii en fermentation œnologique

Genetic basis and reduction of acetic acid production by Saccharomyces cerevisiae X Saccharomyces kudriavzevii hybrids during wine fermentation

• Auteur / Autrice : Amandine Deroite
• Direction : Sylvie Dequin, Jean-Luc Legras
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l’Ingénieur – Biotechnologie et Microbiologie
• Date : Soutenance le 03/12/2018
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale GAIA Biodiversité, agriculture, alimentation, environnement, terre, eau (Montpellier ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences Pour l'Oenologie (Montpellier ; 1999-....)
• Jury : Président / Présidente : Cécile Neuvéglise
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvie Dequin, Jean-Luc Legras, Cécile Neuvéglise, Serge Casaregola, Amparo Querol
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Serge Casaregola, Amparo Querol

Mots clés

Mots clés libres

Fermentation œnologique

Levures

Hybrides Saccharomyces cerevisiae X Saccharomyces kudriavzevii

Acide acétique

Thiols

Évolution dirigée

Wine fermentation

Yeasts

Saccharomyces cerevisiae X Saccharomyces kudriavzevii hybrids

Acetic acid

Thiols

Directed evolution

Résumé

Les hybrides Saccharomyces interspécifiques isolés de divers milieux fermentaires, combinent les propriétés de leurs parents, telles que les performances fermentaires de S. cerevisiae et la cryotolérance ou production d’arômes de l’autre parent. C’est le cas des hybrides cryotolérants S. cerevisiae X S. kudriavzevii utilisés dans la fermentation des vins blancs, dont la famille Eg8 présente en plus la capacité de libérer de fortes concentrations en thiols variétaux. Cependant, ces hybrides produisent parfois des quantités excessives d’acide acétique, compromettant la qualité des vins. Ce travail a eu pour objectifs de comprendre les causes environnementales et les bases génétiques de la forte production d’acide acétique des souches de la famille Eg8 et de la réduire par une approche d’évolution dirigée. Nous avons tout d’abord montré, en étudiant les effets combinés de 3 paramètres (température, lipides, sucres) à l’aide d’un plan de Box Behnken que la concentration en lipides module à la fois la production d’acide acétique et la concentration finale en thiols de ces souches. Une étude génomique comparative a ensuite révélé plusieurs facteurs pouvant expliquer la forte production d’acide acétique. La partie S. cerevisiae de ces hybrides a notamment pour origine une levure de voile, dont une caractéristique est de produire plus d’acide acétique que les isolats d’autres origines. Une étude transcriptomique (RNAseq) conduite sur 2 souches produisant différents niveaux d’acide acétique nous a permis de révéler un défaut de régulation du métabolisme lipidique chez la forte productrice par rapport à la faible productrice. Sur la base de ces résultats, nous avons mis en oeuvre une approche d’évolution dirigée pour développer des souches à faible production d’acide acétique. En utilisant la limitation en lipides comme pression de sélection, nous avons obtenu des souches évoluées présentant une production d’acide acétique réduite dans différentes conditions œnologiques, tout en conservant une libération de thiols équivalente. Une de ces souches est actuellement testée à l’échelle pilote.

Interspecific Saccharomyces hybrids isolated from various fermental media combine the properties of their parents, such as the fermentative performance of S. cerevisiae and the cryotolerance or aroma production of the other parent. This is the case of cryotolerant S. cerevisiae X S. kudriavzevii hybrids used in the fermentation of white wines, among which the Eg8 family also has the capacity to release high concentrations of varietal thiols. However, these hybrids have the disadvantage of sometimes producing excessive amounts of acetic acid, compromising the quality of the wines. The aim of this work was to understand the environmental causes and genetic bases of the high acetic acid production of the Eg8 family strains and to reduce this production by a directed evolution approach. We first showed, by studying the combined effects of 3 parameters (temperature, lipids, sugars) using a Box Behnken experimental design that the lipid concentration modulates both the production of acetic acid and thiols. A comparative genomic study then revealed several factors that may explain their high acetic acid production. The origin of the S. cerevisiae part of these strains is, for example, a flor yeast, which is known to produce more acetic acid than S. cerevisiae strains of other origins. A transcriptomic study (RNAseq) conducted on two strains producing different levels of acetic acid then revealed a less efficient regulation of lipid metabolism by the high producer compared to the low producer. On the basis of these results, we implemented a directed evolution approach to develop low acetic acid production strains. Using lipid limitation as a selection pressure, we obtained evolved strains with reduced acetic acid production under different oenological conditions, while maintaining equivalent thiol release. One of these strains is currently being tested at pilot scale.