Variabilité dans l’utilisation de l’azote chez /Saccharomyces cerevisiae et conséquences sur la production de biomasse en fermentation œnologique

Variability in use of nitrogen by S. cerevisiae and impact on the biomass production during wine fermentation

• Auteur / Autrice : Lucie Crépin
• Direction : Sylvie Dequin, Carole Camarasa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biotechnologie, microbiologie
• Date : Soutenance le 18/12/2012
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• 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, Carole Camarasa, Michel Rigoulet, Véronique Broussolle, Stéphanie Heux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ramón Gonzàlez García, Michel Rigoulet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Interactions protéine-protéine

Effet isotopique

Ammonium

Transport biologique actif

Azote -- Métabolisme

Saccharomyces cerevisiae

Fermentation alcoolique

Mots clés libres

Métabolisme de l’azote

Filiation isotopique

Fermentation alcoolique

Diversité

S. cerevisiae

Nitrogen metabolism

Isotopic filiation

Alcoholic fermentation

Diversity

S. cerevisiae

Résumé

L'achèvement de la fermentation alcoolique est corrélé au niveau de formation de biomasse, qui varie selon les souches de levure S. cerevisiae. La maîtrise de cette fermentation passe par une meilleure compréhension des liens entre métabolisme azoté et formation de biomasse ainsi que des mécanismes contribuant aux variations de formation de biomasse entre souches. L'analyse des cinétiques de consommation de 18 composés azotés a montré que l'ordre de consommation des sources d'azote est similaire pour 14 souches et s'explique principalement par les caractéristiques cinétiques et le mode de régulation des perméases impliquées dans leur transport. Par contre, des variations sont observées dans les profils de consommation de l'azote, qui mettent en jeu des mécanismes différents suivant la disponibilité en azote du milieu. En présence d'un excès d'azote, les souches « faibles productrices » présentent une capacité limitée d'assimilation de l'ammonium ; lorsque l'azote est présent en faible quantité, elles métabolisent plus efficacement l'arginine stockée dans la vacuole pendant la phase de croissance. Afin de déterminer la distribution des flux d'azote dans la cellule, nous avons développé une approche quantitative basée sur la filiation isotopique de sources d'azote marquées 13C ou 15N. Cette étude a révélé une incorporation limitée des acides aminés exogènes dans la biomasse au profit de la synthèse de novo, à l'exception de la leucine majoritairement intégrée dans la biomasse et de l'arginine stockée dans la vacuole. Enfin, cette étude a confirmé expérimentalement que les capacités d'assimilation de l'ammonium et de remobilisation de l'arginine sont des éléments clés des différences de production de biomasse entre souches. Cette étude apporte un nouvel éclairage sur l'efficacité d'utilisation et l'allocation de sources complexes d'azote pendant la fermentation œnologique et sur les mécanismes impliqués dans la variabilité de production de biomasse chez S. cerevisiae.

The completion of alcoholic fermentation is correlated with the level of biomass formation, which varies depending on the S. cerevisiae yeast strain. Achieving a better control of the fermentation requires a better understanding of the relationship between nitrogen metabolism and biomass formation and of the mechanisms contributing to variation in biomass formation between strains. The analysis of the kinetics of consumption of 18 nitrogen compounds showed that the order of consumption of nitrogen sources is similar for 14 strains and is mainly due to the kinetic characteristics and mode of regulation of permeases involved in their transport. By cons, variations are observed in the patterns of nitrogen consumption, which involve different mechanisms depending on the availability of nitrogen in the medium. In the presence of excess nitrogen, "low producing" strains have a limited capacity for assimilation of ammonium; when nitrogen is present in small quantities, they metabolize more efficiently arginine stored in the vacuole during the growth phase. To determine the intracellular distribution of nitrogen fluxes, we developed a quantitative approach based on isotopic filiation of 13C or 15N labeled nitrogen sources. This study revealed a limited incorporation of exogenous amino acids in biomass in favor of de novo synthesis, with the exception of leucine mostly integrated in the biomass and arginine stored in the vacuole. Finally, this study confirmed experimentally that the capacity of ammonium assimilation and remobilization of arginine are key determinant governing the differences of biomass production between strains. This study sheds new light on the efficient use and allocation of complex nitrogen sources during wine fermentation and on the mechanisms involved in the differences in biomass production within the S. cerevisiae species.