Impact of the environemental parameters on the synthesis of fermentative aromas by Saccharomyces cerevisiae in winemaking fermentation

Les arômes fermentaires (alcools supérieurs, esters) jouent un rôle important dans le profil organoleptique des vins jeunes. Leur production dépend à la fois de la souche de levure utilisée et des paramètres environnementaux. Pour comprendre le rôle de trois facteurs clés (température, azote, lipides) sur la production des arômes fermentaires, nous avons réalisé une étude comparative entre une souche évoluée aromatique Affinity™ ECA5 et sa souche ancestrale Lalvin EC1118®. Dans un premier temps, les effets combinés des trois paramètres environnementaux ont été étudiés grâce à un plan expérimental de Box-Behnken. L'azote est le facteur ayant la plus grande influence sur la majorité des composés volatils; cependant son effet est différent selon la molécule ciblée et les interactions entre facteurs sont importantes. Par ailleurs, si les deux souches répondent dans le même sens aux changements de conditions de fermentation, les intensités de réponse sont très différentes. Pour avancer dans la compréhension des mécanismes mis en jeu et en particulier dans l'analyse de l'interaction azote / lipides, nous avons combiné des études de suivi cinétique précis de la production des arômes fermentaires et une approche transcriptomique. Ces études ont révélé des différences entre les deux souches dans la chronologie de formation des arômes, suggérant des modifications dans la régulation de leur synthèse. En particulier, le rendement de conversion entre alcools supérieurs et esters d'acétate est largement supérieur chez Affinity™ ECA5, mais diminue fortement après addition de phytostérols, en lien avec une répression des gènes de la voie de synthèse des stérols. Ces résultats montrent une gestion différente des lipides par la souche évoluée et suggèrent qu'une plus grande disponibilité en acétyl-CoA pourrait être à l'origine des propriétés aromatiques de cette souche. Enfin, une approche quantitative basée sur la filiation isotopique de sources d'azote marquées 13C a été réalisée. Cette étude confirme le rôle clé de l'acétyl-CoA dans une gestion différentielle du pool d'α-cetoacides responsable de la surproduction des alcools supérieurs chez Affinity™ ECA5. Globalement, ce travail a permis d'identifier les paramètres les plus efficaces pour orienter le métabolisme fermentaire vers la production d'arômes ainsi que certains mécanismes impliqués. Il a également permis de mieux caractériser le métabolisme de la souche évoluée Affinity™ ECA5. Les connaissances acquises constituent une avancée importante pour une amélioration de la gestion de la nutrition en fermentation œnologique.Fermentative aromas (higher alcohols, esters) have a major role in the organoleptic profile of young wines. Their production depends on both the used yeast strain and environmental parameters. To better understand the role of three key factors (temperature, nitrogen, lipids) on the synthesis of fermentative aromas, we compared an aromatic evolved strain Affinity™ ECA5 and its parent strain Lalvin EC1118®. First, the combined effects of these three parameters were investigated through an experimental Box-Behnken design. Nitrogen greatly impacted the majority of the volatile compounds but differently depending on the targeted molecule and in interaction with the other factors. Overall, both strains showed similar responses to changes in fermentation conditions but with different intensities. To improve the understanding of the involved mechanism, particularly in the study of nitrogen / lipids interaction, several approaches were combined. A precise on-line monitoring of the production kinetics of fermentative aromas coupled with transcriptomic analysis revealed differences between the two strains in the chronology of aroma synthesis, suggesting changes in the regulation of their production. In particular, the conversion yield between a higher alcohol and its acetate ester differed greatly between the two strains. We have shown that this difference was due to a different lipid management by the strain Affinity™ ECA5. Finally, a quantitative approach based on the isotopic filiation of 13C labelled nitrogen sources was performed. This study confirms the key role of acetyl-CoA in a differential management of α-ketoacid pool responsible for the overproduction of higher alcohols by Affinity ™ ECA5.Overall, this project identified the most effective parameters to guide the fermentative metabolism toward the production of aromas and to better understand mechanisms involved. It also better characterized the metabolism of the evolved strain Affinity™ ECA5. These results are crucial to improve the management of nutrition in wine fermentation