Study of the sterol requirements of wine yeast strains (Saccharomyces cerevisiae) | Etude des besoins en stérols des souches de levures œnologiques (Saccharomyces cerevisiae)

English. Sterols are part of the yeast lipidome and are essential for their growth, metabolism and viability, particularly under stress conditions encountered by the yeast during wine alcoholic fermentation. Ergosterol is the yeast sterol, synthesized in the presence of oxygen, while phytosterols (present in the solid particles of grape musts) are sterols assimilated by Saccharomyces cerevisiae yeasts during oenological fermentation (under anaerobic conditions). However, excessive clarification of grape musts results in a loss of phytosterols, leading to sluggish or stuck fermentations. Little is known about the physiological impact of phytosterols uptake compared to ergosterol and the influence of sterol type on fermentation kinetics parameters. The objective of this thesis was to better understand the role of sterols and to study the impact of sterol type on oenological fermentation. First, we compared the impact of ergosterol versus phytosterols on fermentation parameters and on the synthesis of key fermentation metabolites for 27 S. cerevisiae strains under two stress conditions found in enology: sterol deficiency or osmotic stress (excess of sugars). Ergosterol is the sterol that allows a better maintenance of viability at the end of fermentation and, consequently, to finish the fermentation earlier, while phytosterols led to a reduction of acetate and glycerol quantities in the two conditions tested. Phenotypic diversity was revealed, indicating that S. cerevisiae strains are not equally resistant to stress conditions. Evaluation of the impact of sterol dose and type on the enological fermentation of 10 S. cerevisiae strains revealed that the differences between ergosterol and phytosterols on the fermentative performance of the strains were greater when sterols were the limiting nutrient. The effect of the timing of sterol addition, evaluated for two S. cerevisiae strains in a synthetic must deficient in sterols, showed a better efficiency at the beginning of fermentation compared to an addition in the stationary phase: faster fermentation, increase in the production of fermentative aromas. Finally, transcriptomic analyses showed that the ability of certain strains to resist sterol deficiency was linked to their capacity to develop a ''genetic'' response specific to the type of sterol (ergosterol or phytosterols). Finally, the last part of this study validated the results obtained with synthetic must in natural must.

French. Les stérols font partie du lipidome des levures et sont essentiels pour leur croissance, leur métabolisme et leur viabilité, en particulier vis-à-vis de conditions de stress rencontrées par la levure pendant la fermentation alcoolique en œnologie. L'ergostérol est le stérol levurien, synthétisé en présence d'oxygène, tandis que les phytostérols (présents dans les particules solides des moûts de raisin) sont des stérols assimilés par les levures Saccharomyces cerevisiae lors de la fermentation œnologique (en anaérobiose). Cependant, une clarification excessive des moûts de raisin entraîne une perte de la quantité de phytostérols, ce qui peut conduire à des fermentations languissantes ou des arrêts de fermentation. L'impact physiologique de l'assimilation des phytostérols par rapport à l'ergostérol et l'influence du type de stérol sur les paramètres de la cinétique de fermentation sont peu connus. Cette thèse a eu pour objectif mieux comprendre le rôle des stérols et étudier l'impact du type de stérol sur la fermentation œnologique. Dans un premier temps, nous avons comparé l'impact de l'ergostérol par rapport aux phytostérols sur les paramètres fermentaires et sur la synthèse des métabolites clés de la fermentation pour 27 souches S. cerevisiae dans deux conditions de stress retrouvées en œnologie : carence en stérols ou stress osmotique (excès de sucres). L'ergostérol est le stérol permettant un meilleur maintien de la viabilité en fin de fermentation et, par conséquent, de finir la fermentation plus tôt, tandis que les phytostérols ont conduit à une réduction des quantités d'acétate et glycérol dans les deux conditions testées. Une diversité phénotypique a été mise en évidence, indiquant que les souches S. cerevisiae ne résistent pas de la même manière aux conditions de stress. L'évaluation de l'impact de la dose et du type de stérol sur la fermentation œnologique de 10 souches de S. cerevisiae a révélé que les différences entre ergostérol et phytostérols sur les performances fermentaires des souches sont plus importantes quand les stérols sont le nutriment limitant. L'effet du timing d'ajout de stérols, évalué pour 2 souches S. cerevisiae dans un moût synthétique carencé en stérols, a montré une meilleure efficacité en début de fermentation par rapport à un ajout en phase stationnaire : fermentation plus rapide, augmentation de la production d'arômes fermentaires. Enfin, des analyses transcriptomiques ont démontré que l'aptitude de certaines souches à résister à une carence en stérols était liée à leur capacité à développer une réponse ”génétique” spécifique au type de stérol (ergostérol ou phytostérols). Enfin, la dernière partie de cette étude a permis de valider en moût de raisin naturel les résultats obtenus en moût synthétique.