Diversité et caractéristiques génomiques d'Oenococcus oeni

Abstract

Oenococcus oeni est une espèce de bactérie lactique adaptée à l'environnement hostile de la fermentation du vin. Elle montre un degré de spécialisation remarquable face au stress provoqué par le faible pH et la forte teneur en éthanol, ce qui lui permet de proliférer là où la plupart des bactéries ne survivent pas. Cette bactérie est très importante dans la production de vin, car elle réalise la fermentation malolactique, qui se produit après la fermentation alcoolique, et au cours de laquelle l'acide malique est métabolisé en acide lactique et où le vin est désacidifié. L'espèce accumule des mutations plus vite que les autres espèces de bactéries lactiques, ce qui a probablement accéléré le processus de domestication. Son degré de spécialisation a été démontré par la présence de populations spécifiques adaptées aux vins rouges ou aux vins blancs dans la même région. Dans cette étude, nous avons utilisé des approches de séquençage haut débit et de génomique pour élucider la diversité des souches d’O. oeni, identifier leurs caractéristiques génomiques et mesurer leur dispersion dans différents environnements ainsi que leur dynamique au cours des fermentations. En raison de son importance pour la vinification, plusieurs centaines de souches ont été isolées et séquencées. Dans ce travail, nous avons augmenté la collection de génomes en séquençant des souches de cidre et de kombucha et en effectuant des analyses phylogénétiques afin de clarifier la structure de la population de l'espèce. En calculant un pangénome à l'échelle de l'espèce, nous avons effectué une analyse génomique comparative afin d'explorer des gènes spécifiques à une ou plusieurs sous-populations. Avec le séquençage de nouvelle génération, nous avons produit des génomes entièrement circularisés à partir des principales sous-populations et analysé leurs arrangements génomiques. Ces nouveaux génomes ont été annotés avec de nouveaux pipelines automatiques et une curation manuelle pour la première fois depuis la publication du génome de référence PSU-1. L’évolution des communautés bactériennes au cours de la fermentation, du moût de raisin au vin fini, a été examinée par le séquençage de fragments 16S dans quatre exploitations du bordelais. À l’aide d’amorces universelles et spécifiques, nous avons comparé la biodiversité des espèces dans des vins issus d’agriculture biologique ou conventionnelle. De plus, en se basant sur les groupes phylogénétiques de souches d’O. oeni nouvellement définis, nous avons développé une méthode de qPCR pour analyser la dispersion des groupes de souches d’O. oeni et leur dynamique au cours des fermentations. Cette nouvelle méthode a également été utilisée pour analyser la diversité des souches d’O. oeni dans les vins de base de Cognac et au cours de la production de cidre, deux produits qui se distinguent des productions de vins traditionnels par la non-utilisation de sulfites. Les deux autres espèces du genre Oenococcus, O. kitaharae et O. alcoholitolerans, se retrouvent également dans les environnements de boissons fermentées. O. kitaharae ne possède pas de gène malolactique fonctionnel, mais O. alcoholitolerans, découvert plus récemment, serait capable de réaliser la réaction malolactique. Nous l’avons caractérisée, ainsi que sa tolérance aux facteurs de stress de l'environnement vin. Constatant qu'elle était incapable de survivre dans le vin, nous avons produit un génome entièrement circularisé d'O. alcoholitolerans et effectué une analyse de génomique comparative afin d'identifier les gènes d'O. oeni lui permettant de tolérer le pH et l'éthanol, ce qui manque à O. alcoholitolerans et à O. kitaharae. En conclusion, nous avons utilisé les nouvelles technologies de séquençage de nouvelle génération pour produire des génomes de haute qualité et effectuer des analyses comparatives approfondies à l’échelle de l’espèce qui nous ont permis d’identifier des gènes susceptibles d’expliquer l’adaptation d’O. oeni à l’environnement.