Metabolic and molecular adaptation of wine yeasts at low temperature fermentation: strategies for their genetic improvement

Abstract

La fermentación a baja temperatura incrementa el perfil aromático del vino. Sin embargo presenta algunos inconvenientes: descenso de la tasa de crecimiento, fermentaciones lentas o con paradas. Se comparó el metaboloma de una levadura vínica creciendo a 12 ºC y 28 ºC. Las principales diferencias se observaron en el metabolismo lipídico y en la homeostasis redox. Se comparó el metaboloma de levaduras criotolerantes, Saccharomyces bayanus var. uvarum and Saccharomyces kudriavzevii, con el de S. cerevisiae creciendo a 12 ºC Las principales diferencias se encontraron en el metabolismo de la fructosa. Se analizó la capacidad fermentativa y de crecimiento de cepas mutantes y sobre-expresantes del metabolismo lipídico. El incremento de la dosis génica de los genes PSD1, LCB3 y OLE1mejoraron el crecimiento y la capacidad fermentativa. Se desarrollaron cepas mejor adaptadas al frío mediante evolución dirigida, se analizaron los cambios moleculares, observándose una inducción de 4 genes de la familia DAN/TIR.

Low temperature alcoholic fermentations are becoming more frequent as they enhance wine’s aromatic profile but present some disadvantages: reduced growth rate, long lag phase, sluggish or stuck fermentations. We compared the metabolome of wine yeast growing at 12 ºC and 28 ºC in a synthetic must. The main differences were observed in lipid metabolism and redox homeostasis. We also compared the metabolome of the cryotolerant yeasts, Saccharomyces bayanus var. uvarum and Saccharomyces kudriavzevii, growing at 12 ºC to the metabolome of S. cerevisiae. The main differences were found for fructose metabolism. We also analyzed the growth and fermentation capacity of lipid mutants and overexpressing strains. The increase in gene-dosage of PSD1, LCB3 and OLE1 genes improved both growth and fermentation activity. Finally, we developed cold adapted wine yeast strains by evolutionary engineering, and deciphered the underlying changes, resulting in new strain with up-regulation of 4 genes belonging to DAN/TIR family.