Saccharomyces cerevisiae EC1118

S. cerevisiae œnologiques industrielles : issues d’une double sélection, environnementale et humaine

Les levures Saccharomyces cerevisiae industrielles œnologiques ont été sélectionnées à partir de fermentations spontanées pour des propriétés technologiques spécifiques. Lors de la fermentation du moût de raisin, les levures sont exposées à de fortes concentrations en sucre (180-260 g/L), des teneurs élevées en éthanol, un pH bas, la présence de sulfites, des quantités limitantes en azote, lipides et vitamines, ainsi qu’une forte anaérobiose. Face à cet environnement hostile, les levures œnologiques présentent des propriétés qui les distinguent très nettement des souches de laboratoire. Elles présentent, en particulier, de bonnes performances fermentaires, une bonne résistance à l’éthanol, une faible production de composés indésirables (acétate, H2S) et une formation équilibrée de composés d’arômes (esters, alcools supérieurs, composés carbonylés et composés soufrés). Les caractéristiques des souches œnologiques sont également différentes de celles des populations S. cerevisiae naturelles, à partir desquelles elles ont été isolées. Les propriétés bien particulières des souches industrielles œnologiques résultent à la fois d’une forte sélection par l’environnement œnologique, et du criblage, par sélection humaine, de centaines voire de milliers de souches afin de sélectionner les caractéristiques requises.

Intérêt du séquençage du génome de S. cerevisiae EC1118

Alors que les caractéristiques phénotypiques des souches œnologiques sont bien documentées, l’origine génétique de ces propriétés spécifiques reste à identifier. Différents mécanismes participent à l’adaptation des souches œnologiques à leur environnement, comme la polyploidie, l’aneuploidie, les translocations chromosomiques (Rachidi et al, 1999 ; Perez-Ortin et al, 2002 ; Infante et al, 2003). L’analyse de plusieurs génomes de levures œnologiques par CGH (comparative genomic hybridisation) a récémment montré que certains gènes sont amplifiés ou, au contraire, d’autres gènes sont absents (Dunn et al 2005). En plus des modifications structurales, il est attendu que les polymorphismes de séquence jouent un rôle majeur dans les propriétés observées. La divergence entre S288C et RM11 est estimée à 0.5-1%, proche de celle entre l’homme et le chimpanzé (broad.mit.edu).

L’étude du génome de EC1118, notamment sa comparaison détaillée aux autres souches S. cerevisiae séquencées (S288C et RM11) permettra d’identifier les particularités génétiques de ces souches au niveau de l’organisation du génome (hétérozygotie, réarrangements, gènes nouveaux/absents, chimériques…) et de déterminer l’ensemble des variations de séquences spécifiques à cette souche. La disponibilité de cette séquence sera essentielle pour identifier les bases génétiques sur lesquelles reposent les différences de propriétés entre souches œnologiques et autres S. cerevisiae (laboratoire, isolats naturels). La séquence de EC1118 contribuera également à l’analyse de la biodiversité intra-spécifique, et permettra également d’alimenter la réflexion sur les mécanismes moléculaires impliqués dans la dynamique des génomes et leur évolution au sein de l’espèce S. cerevisiae.

Intérêt de EC1118 comme modèle d’étude des relations génotype-phénotype

EC1118 est une souche commerciale parmi les plus utilisées au monde. C’est une souche très bien connue au plan physiologique et ses propriétés technologiques ont été largement étudiées. L’expression du génome de EC1118 a été analysée au niveau transcriptomique et protéomique dans différentes situations physiologiques, incluant le process fermentaire (accès aux données ). L’analyse transcriptomique comparative de EC1118 et S288C a révélé de nombreuses différences d’expression.

La disponibilité d’une séquence de haute qualité offre de nouvelles perspectives pour des études globales intégrant différents niveaux d’information, permettant de relier les variations de séquence aux variation d’expression et métaboliques, afin d’accéder aux relations génotype-phénotype. Ces études devrait apporter des connaissances clés sur les bases moléculaires des variations d’expression chez ces souches industrielles et leur contribution aux propriétés des souches. Les connaissances générées, tant sur la nature des gènes affectés, que sur les mécanismes moléculaires impliqués, devraient apporter une vue nouvelle sur les modalités de l’adaptation des levures industrielles aux conditions environnementales difficiles. D’un point de vue industriel, on peut attendre de l’identification de gènes clés des propriétés des souches une aide à la sélection de souches, permettant une meilleure exploitation de la biodiversité. Ces connaissances devraient également offrir de nouvelles perspectives en terme d’amélioration de souches.