Il existe un intérêt croissant pour le développement de levures S. cerevisiae œnologiques à rendement abaissé de conversion des sucres en alcool. Nous proposons ici une approche originale basée sur la réorientation du flux carboné vers la voie des pentoses phosphate (VPP). Dans un premier temps, nous avons montré que le flux à travers la VPP est limité par le niveau de réoxydation du NADPH et par la capacité de la voie elle même. Nous avons ensuite mis en évidence le rôle crucial du facteur de transcription Stb5 dans le maintien d'un flux basal à travers la VPP. La surexpression de STB5, couplée à l'introduction d'un système de réoxydation du NADPH, est une stratégie intéressante pour amplifier le flux à travers la VPP. En parallèle, une stratégie d'évolution dirigée basée sur l'adaptation des souches sur gluconate, un hexose mal assimilé et incorporé au niveau de la VPP, a été développée. Des souches évoluées présentant une meilleure assimilation du gluconate ont été obtenues après 70, 180 et 240 générations. En fermentation, ces souches produisent la même quantité d'éthanol que la souche parentale mais présentent des phénotypes complètement nouveaux, en particulier des performances fermentaires accrues, de faibles besoins en azote, une production d'acétate réduite et une forte production de composés aromatiques. L'analyse 13C-flux et transcriptomique d'une souche évoluée ECA5 révèle une amplification de la VPP d'un facteur 1.5 par rapport à la souche parentale EC1118, en lien avec la surexpression de GND1 et TKL1. L'expression de nombreux gènes du métabolisme azoté et de la voie Ehrlich, de l'homéostasie des protons et de la glycolyse est augmentée chez ECA5, alors que les gènes de stress et de la respiration sont globalement réprimés, de façon cohérente avec les phénotypes observés. Outre le développement de nouvelles souches d'intérêt œnologique, ce travail apporte un éclairage nouveau sur le fonctionnement de la VPP et sur ses liens avec le métabolisme central et secondaire / There is an ever-growing interest in the development of S. cerevisiae wine yeast strains with reduced ethanol yield. We proposed a novel approach based on rerouting the carbon flux towards the pentose phosphate (PP) pathway. First, we showed that the flux through the PP pathway is limited both by the absence of a mechanism for reoxidation of NADPH and by the intrinsic capacity of the pathway. We also showed that the transcription factor Stb5 plays a key role in maintaining a basal flux through the PP pathway to meet the requirements for NADPH and biosynthetic precursors. Over-expression of STB5 is a potentially useful strategy for increasing the flux through the PP pathway, provided that an alternative system of reoxidation of NADPH is expressed. In parallel, we investigated an evolutionary engineering strategy based on long-term batch culture on gluconate, a substrate poorly assimilated by S. cerevisiae cells and metabolized by the PP pathway. We selected strains that had evolved a greater gluconate consumption capacity after 70, 180 and 240 generations. During wine fermentation, these evolved strains produced similar amounts of ethanol as the parental strain but displayed completely novel phenotypes, including higher fermentation rates, lower nitrogen requirements, lower levels of acetate production, and enhanced production of aroma compounds. 13C flux analysis and transcripomic analysis of one of these strains, ECA5, showed a greater flux through the PP pathway consistent with the observed increased expression of GND1 and TKL1. The expression of genes associated with nitrogen metabolism, the Ehrlich pathway, proton homeostasis and glycolysis was stronger than in the parental strain, whereas genes involved in stress response and respiration were down-regulated, in agreement with the phenotypes of ECA5. In addition to providing strains with considerable potential for wine making, this work sheds new light on the operation of PP pathway and its links with central and secondary metabolism

La levure Saccharomyces cerevisiae joue un rôle essentiel dans la production de composés aromatiques, tels que les esters, les alcools supérieurs et les acides organiques, ainsi que dans la transformation de précurseurs d'arômes du raisin pendant la fermentation du vin. Afin d'identifier les bases génomiques et métaboliques de ces propriétés, un croisement a été réalisé entre deux souches de levures de vin, sélectionnées pour leurs besoins en azote différents lors de la fermentation. 130 ségrégants de génération F2 ont été génotypés par séquençage complet du génome et individuellement phénotypés pendant la fermentation en mesurant les métabolites extracellulaires par HPLC et GC-MS. Les flux métaboliques intracellulaires ont été estimés à l’aide d’un modèle à base de contraintes. Une analyse QTL (quantitative trait locus) a été utilisée pour identifier les allèles influençant les variations d'arômes et de flux métaboliques. Plus de 80 QTL expliquant la variation de 59 caractères quantitatifs ont été détectés. Ces caractères comprennent des paramètres fermentaires, de consommation de substrat, la production de principaux métabolites et d’arômes fermentaires, ainsi que le métabolisme de composés aromatiques du raisin. L’intérêt de la cartographie QTL pour identifier les déterminants génétiques de variations de flux intracellulaires (f-QTLs) a par ailleurs été démontrée. Les QTL détectés ont été disséqués et des gènes dont les allèles contribuent spécifiquement aux variations phénotypiques ont été identifiés. Ces résultats soulignent la complexité génomique et métabolique de la synthèse et de la transformation d'arômes par la levure. L'identification de ces déterminants génétiques permet de mieux comprendre les liens entre variation génétique des levures et traits technologiques et fournit une base précieuse pour le développement de souches optimisées par des stratégies génétiques de croisement assisté par marqueurs. / The yeast Saccharomyces cerevisiae plays a vital role in the production of aroma compounds, such as esters, higher alcohols and organic acids, and the conversion of grape-derived aroma precursors during wine fermentation. To identify the genomic and metabolic bases for these processes, a cross was performed between two wine yeast strains selected because of their different nitrogen requirement during fermentation. 130 F2-segregants were genotyped by whole genome sequencing and individually phenotyped during wine fermentation by measuring extracellular metabolites using HPLC and GC-MS. Intracellular metabolic fluxes were estimated by constraint-based modeling. Quantitative trait locus (QTL) mapping was used to identify allelic variants influencing variations in the aroma profile and metabolic fluxes. More than 80 QTLs explaining variation in 59 quantitative traits were detected. These traits consisted of general fermentation parameters, substrate consumption, the production of main metabolites and fermentative aromas and the metabolism of grape aroma compounds. The applicability of QTL mapping to detect regions influencing intracellular fluxes (f-QTLs) was furthermore demonstrated. Found QTLs were dissected and genes with allele specific contributions to the phenotype were identified. These results emphasize the genomic and metabolic complexity of yeast aroma formation. In addition, the identification of genetic determinants increases knowledge about the links between genetic variation and industrial traits and provides a valuable foundation for the development of optimized strains by marker-assisted selection breeding strategies.