CE20 - Biologie des animaux, des organismes photosynthétiques et des microorganismes

Approche multi-échelle de l'adaptation de la levure Brettanomyces bruxellensis aux procédés fermentaires – BrettAdapt

BrettAdapt

Approche multi-échelle de l'adaptation de la levure Brettanomyces bruxellensis aux procédés fermentaires

B. bruxellensis : une espèce adaptée aux milieux anthropisés

La levure Brettanomyces bruxellensis est associée à de nombreux procédés fermentaires, dont la production de vin et de bière. Dans certains cas, B. bruxellensis est considérée comme un agent d’altération (par exemple en vinification) tandis qu’elle contribue positivement à d’autres procédés (par exemple dans la fermentation de la bière). Nos travaux antérieurs montraient un regroupement génétique des isolats de B. bruxellensis en fonction de leur procédé d’origine (vin, bière, etc), suggérant une adaptation aux environnements anthropisés.<br />Le projet BrettAdapt propose d’appliquer une approche multi-échelle pour identifier des signatures génomiques et phénotypiques de l’adaptation de B. bruxellensis à différents environnements fermentaires.

Quatre grandes taches ont été définies :
1- Séquencer les génomes d’environ 200 isolats représentatifs de la diversité génétique de l’espèce afin de préciser quels sont les mécanismes génétiques de l’évolution et de l’adaptation de B. bruxellensis
2- Mesurer de nombreux caractères d’intérêt fermentaire ou adaptatif pour ces mêmes souches dans des milieux type bière et vin, et préciser l’impact de facteurs environnementaux clés sur ces mêmes caractères à l’aide d’une approche combinant protéomique et métabolomique
3- Valider les signatures génomiques et/ou phénotypiques identifiées par des essais de compétition entre souches et par des analyses de mutants
4- Explorer l’écosystème microbien associé au développement de B. bruxellensis au cours des procédés de vinification et de brasserie à l’aide d’une approche de métagénomique.

Le séquençage et l’analyse d’une première série de 53 génomes de souches de Brettanomyces bruxellensis a conduit à une publication. L'annotation du génome de référence nous a permis de définir le contenu génique de cette espèce. Comme suggéré précédemment, nos données génomiques ont clairement mis en évidence que la variation de la diversité génétique est liée au niveau de ploïdie, qui est variable chez l'espèce B. bruxellensis. Les génomes sont ponctués de multiples régions de perte d'hétérozygotie, alors que les aneuploïdies ainsi que les duplications segmentaires sont rares. Fait intéressant, les génomes triploïdes sont plus sujets à la variation du nombre de copies de gènes que les diploïdes. Enfin, le pangénome de l'espèce a été reconstruit et s'est avéré petit avec peu de gènes accessoires par rapport à d’autres espèces comme S. cerevisiae. Le pangénome est composé de 5 409 ORF (cadres de lecture ouverts) dont 5 106 ORF conservés et 303 ORF variables au sein de la population. Tous ces résultats mettent en évidence les différentes trajectoires d'évolution des espèces et par conséquent l'intérêt d'établir des relevés génomiques des populations dans plus de populations.

La poursuite du projet devrait permettre la production de large jeux de données aux niveaux génomique et phénotypique qui seront mis à disposition de la communautés scientfique. Le projet BrettAdapt permettra
une meilleure compréhension des facteurs génétiques et environnementaux permettant l’adaptation d’une espèce à des milieux anthropisés.

Gounot, J.-S., C. Neuvéglise, K. C. Freel, H. Devillers, J. Piškur, A. Friedrich and J. Schacherer (2020). «High complexity and degree of genetic variation in Brettanomyces bruxellensis population.« Genome Biology and Evolution.
Cibrario, A., M. Avramova, M. Dimopoulou, M. Magani, C. Miot-Sertier, A. Mas, M. C. Portillo, P. Ballestra, W. Albertin, I. Masneuf-Pomarede and M. Dols-Lafargue (2019). «Brettanomyces bruxellensis wine isolates show high geographical dispersal and long persistence in cellars « Plos One.
Albertin, W., I. Masneuf-Pomarede, V. Galeote and J.-L. Legras (2019). New Insights Into Wine Yeast Diversities. Yeasts in the Production of Wine. P. Romano, M. Ciani and G. H. Fleet. New York, NY, Springer New York: 117-163.

La levure Brettanomyces bruxellensis est associée à de nombreux procédés fermentaires, dont la production de vin et de bière. Dans certains cas, B. bruxellensis est considérée comme un agent d’altération (e.g. en vinification) tandis qu’elle contribue positivement à d’autres procédés (e.g. brasserie). Nos travaux antérieurs montrent un regroupement génétique des isolats de B. bruxellensis en fonction de leur procédé d’origine (vin, bière, etc.), suggérant une adaptation aux environnements anthropisés.
L’objectif du projet BrettAdapt est d’appliquer une approche multi-échelle pour identifier des signatures génomiques et phénotypiques de l’adaptation de B. bruxellensis à différents environnements fermentaires. Nous séquencerons les génomes d’environ 200 isolats représentatifs de la diversité génétique de l’espèce afin de préciser quels sont les mécanismes génétiques de l’évolution et de l’adaptation de B. bruxellensis. De nombreux caractères d’intérêt fermentaire ou adaptatif seront mesurés pour ces mêmes souches dans des milieux type-bière et type-vin, et nous préciserons l’impact de facteurs environnementaux clés sur ces mêmes caractères. Une approche combinant protéomique et métabolomique permettra de préciser les mécanismes moléculaires sous-jacents. Les signatures génomiques et/ou phénotypiques de l’adaptation seront validées sur le plan fonctionnel par des essais de compétition entre souches et par des analyses de mutants. Enfin, l’écosystème microbien associé au développement de B. bruxellensis au cours des procédés de vinification et de brasserie sera exploré par métagénomique. Cette approche nous permettra d’identifier les facteurs biotiques favorisant/défavorisant la croissance de B. bruxellensis, et ouvrira de nouvelles perspectives pour la compréhension des interactions microbiennes, directes ou indirectes, en milieu fermentaire.
Le projet BrettAdapt génèrera de larges jeux de données à différents niveaux d’intégration cellulaire (génomique et phénotypique) permettant d’explorer la relation génotype-phénotype chez des microorganismes d’intérêt technologique. Nous préciserons quels facteurs génétiques, biotiques et abiotiques gouvernent l’adaptation de B. bruxellensis à des environnements anthropisés. Sur le plan fondamental, ce projet nous permettra d’améliorer nos connaissances des espèces domestiquées, et sur le plan appliqué, ces connaissances seront exploitées pour mieux maitriser la croissance et l’activité de B. bruxellensis dans des procédés fermentaires.

Coordinateur du projet

Madame Warren ALBERTIN (Unité de recherche Oenologie)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

GMGM Génétique moléculaire, génomique et microbiologie (UMR 7156)
UR Oeno Unité de recherche Oenologie

Aide de l'ANR 541 598 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2018 - 48 Mois

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