Phenotypic and genotypic characterization of S. Kudriavzevii and their hybrids for their application in wine fermentation at low temperature

Resumen

El vino es una de las bebidas más antiguas del mundo, pero no ha sido hasta recientemente cuando las bases científicas de su elaboración han ido gradualmente clarificándose. Los últimos 25 años han sido los más prolíficos, se han producido importantes avances en la comprensión de la ecología, la bioquímica, la fisiología y la biología molecular de las levaduras que intervienen en la producción del vino. Como resultado, la calidad y cantidad de la producción mundial de este producto ha mejorado enormemente. Actualmente, la elaboración del vino continúa evolucionando y adaptándose a las nuevas tendencias del mercado. El objetivo de esta tesis ha sido la de continuar con el esfuerzo de entender la relación entre las levaduras y el vino para mejorar nuestro conocimiento y con ello, su calidad. Este trabajo se ha centrado en las nuevas tendencias que existen en vinificación, consistentes en fermentar a bajas temperaturas para mejorar su aroma. En concreto, se han analizado levaduras supuestamente adaptadas al frío y distintos híbridos de especies del género Saccharomyces (S. cerevisiae, S. bayanus var. uvarum y S. kudriavzevii) mediante el estudio de su fisiología y expresión génica con el fin de entender los mecanismos subyacentes a su adaptación al estrés por frío. Para ello, he utilizado técnicas de distintas áreas, química analítica, bioquímica, modelización matemática y técnicas moleculares con las que llevar a cabo análisis de metabolitos, de consumo de azúcares, de composición lipídica y de transcriptoma en fermentaciones vínicas. A través de este trabajo hemos visto que las cepas de S. kudriavzevii mostraron el mejor rendimiento fermentando a bajas temperaturas y también un perfil lipídico de membrana específico. Además, el análisis de transcripción global mostró que la bajas temperaturas afectan la actividad génica de todas las cepas estudiadas, sobre expresando los términos GO relacionados con la biogénesis de ribosomas y proteínas, y afectando significativamente a la regulación de los genes implicados en el metabolismo de aminoácidos. Wine is one of the most ancient beverages in the world although it has been recently when the scientific basis of winemaking has gradually become clearer. The last 25 years have been the most prolific time, where major advances have occurred in understanding the ecology, biochemistry, physiology and molecular biology of the yeasts involved in wine production. As a result, the quality and quantity of world wine production has been vastly improved. Nowadays, winemaking continues evolving and adapting to the new wine market tendencies. The aim of this thesis work has been to continue with the effort of understanding the relationship between yeasts and wine to improve our knowledge and by this, the wine quality. This work has focused in the new wine market trends in fermenting at low temperatures to improve wine aroma. Specifically, I have analyzed putative cold adapted yeasts and inter-species hybrids from the genus Saccharomyces (S. cerevisiae, S. bayanus var. uvarum and S. kudriavzevii) by studying its physiology and gene expression in order to understand the mechanisms underlying its adaptation to cold stress. To do this, I have used different biochemical, analytical chemistry, mathematical modelization and molecular techniques to perform metabolite analysis, sugar consumptions, lipid composition and transcriptome analysis in wine fermentations. Here we reveal that S. kudriavzevii strains showed the better fermentation performance at low temperature and also a specific membrane lipid profile. The global transcriptional analysis has shown that low temperature also affects gene activity for all studied strains, up-regulating GO-terms related to ribosome and protein biogenesis and significantly affecting the regulation of genes involved in amino acid metabolism.