Genomics of wine yeast: functional analysis of new and variable genes

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a l’Institut National de la Recherche Agronomique, França, entre 2007 i 2009. Saccharomyces cerevisiae ha estat el llevat utilitzat durant mil.lenis en l'elaboració de vins. Tot i així, es té poc coneixement sobre les pressions de selecció que han actuat en la modelització del genoma dels llevats vínics. S’ha seqüenciat el genoma d'una soca vínica comercial, EC1118, obtenint 31 supercontigs que cobreixen el 97% del genoma de la soca de referència, S288c. S’ha trobat que el genoma de la soca vínica es diferencia bàsicament en la possessió de 3 regions úniques que contenen 34 gens implicats en funcions claus per al procés fermentatiu. A banda, s’han dut a terme estudis de filogènia i synteny (ordre dels gens) que mostren que una d'aquestes tres regions és pròxima a una espècie relacionada amb el gènere Saccharomyces, mentre que les altres dos regions tenen un origen no-Saccharomyces. S’ha identificat mitjançant PCR i seqüenciació a Zygosaccharomyces bailii, una espècie contaminant de les fermentacions víniques, com a espècie donadora d'una de les dues regions. Les hibridacions naturals entre soques de diferents espècies dins del grup Saccharomyces sensu stricto ja han estat descrites. El treball és el primer que presenta hibridacions entre espècies Saccharomyces i no-Saccharomyces (Z. bailii, en aquest cas). També s’assenyala que les noves regions es troben freqüent i diferencialment presents entre els clades de S. cerevisiae, trobant-se de manera gairebé exclusiva en el grup de les soques víniques, suggerint que es tracta d'una adquisició recent de transferència gènica. En general, les dades demostren que el genoma de les soques víniques pateix una constant remodelació mitjançant l'adquisició de gens exògens. Els resultats suggereixen que aquests processos estan afavorits per la proximitat ecològica i estan implicats en l'adaptació molecular de les soques víniques a les condicions d'elevada concentració en sucres, poc nitrogen i elevades concentracions en etanol.

Report for the scientific sojourn at the Institut National de la Recherche Agronomique, France, from 2007 to 2009. Saccharomyces cerevisiae has been used for millennia in winemaking, but little is known about the selective forces acting on the wine yeast genome. It has been sequenced the complete genome of the diploid commercial wine yeast EC1118, resulting in an assembly of 31 scaffolds covering 97% of the S288c reference genome. The wine yeast differed strikingly from the other S. cerevisiae isolates in possessing three unique large regions, two of which were subtelomeric, the other being inserted within an EC1118 chromosome. These regions encompass 34 genes involved in key wine fermentation functions. Phylogeny and synteny analyses are carried out during the second fellowship year and showed that one of these regions originated from a species closely related to the Saccharomyces genus, whereas the two other regions were of non-Saccharomyces origin. It has been identified Zygosaccharomyces bailii, a major contaminant of wine fermentations, as the donor species for one of these two regions. Although natural hybridization between Saccharomyces strains has been described, the research provides evidence that gene transfer may occur between Saccharomyces and non-Saccharomyces species. It is shown that the regions identified are frequent and differentially distributed among S. cerevisiae clades, being found almost exclusively in wine strains, suggesting acquisition through recent transfer events. Overall, these data show that the wine yeast genome is subject to constant remodelling through the contribution of exogenous genes. The results suggest that these processes are favoured by ecologic proximity and are involved in the molecular adaptation of wine yeasts to conditions of high sugar, low nitrogen, and high ethanol concentrations