Les fermentacions a baixes temperatures (13ºC o inferiors) són interessants en l'elaboració de vins blancs i rosats, ja que augmenten la retenció i la producció dels aromes, i per tant la qualitat del producte final. Però aquestes baixes temperatures també tenen certs desavantatges, com una disminució en la velocitat de consum de sucres, obtenint fermentacions més llargues i amb risc de parades.Per intentar millorar el procés fermentatiu i la qualitat del producte final es van fixar els següents objectius:- L'estudi del metabolisme del llevat a baixes temperatures de fermentació (13ºC), i la seva influència en aspectes com la cinètica fermentativa, el creixement dels llevats; el metabolisme lipídic; la producció dels aromes, i la expressió gènica global del llevat.- El coneixement del metabolisme nitrogenat del llevat en la fermentació alcohòlica, així com en les addicions de nitrogen realitzades a diferents moments de la fermentació.Els resultats obtinguts mostren que les baixes temperatures, a part d'augmentar la durada de fermentació, augmenten la viabilitat dels llevats al llarg del procés, provoquen canvis en la composició lipídica, augmentant la fluïdesa de la membrana, i milloren la composició aromàtica del vi, incrementant la producció d'aromes beneficiosos i disminuint-ne la de compostos perjudicials pel la qualitat vi final.Amb l'objectiu d'identificar els mecanismes moleculars que causen aquests canvis metabòlics a baixes temperatures, vam utilitzar la tècnica de "chips de DNA" o "microarrays" per comparar l'expressió global dels gens del llevat fermentant a 13ºC i fermentant a 25ºC. En general, aquest anàlisis de l'expressió global del llevat dut a terme per primer cop en condicions industrials rebel·la importants canvis en la expressió d'alguns gens tant al llarg de la fermentació com entre les dos temperatures. La fermentació a 13ºC presenta l'avantatge d'induir una ràpida resposta al estrès que podria aportar més resistència al llevat al llarg de la fermentació, i per això augmentar-ne la seva viabilitat. En l'estudi del metabolisme nitrogenat del llevat al llarg de la fermentació, vam observar que en la fermentació alcohòlica les cèl·lules evolucionen d'una situació de repressió per nitrogen al començament de la fermentació, quan hi ha compostos nitrogenats en el medi, a una situació de de-repressió quan el nitrogen ha estat consumit pel llevat. Aquestes situacions de repressió/de-repressió determinen el perfil de consum de l'amoni i dels aminoàcids, els quals determinen a la vegada la producció d'alguns compostos aromàtics. La repressió dels gens de les permeases GAP1 i MEP2, la baixa activitat arginasa o la inhibició en la captació de l'arginina, poden ser considerats bons marcadors de Repressió Catabòlica per Nitrogen (NCR). L'addició de nitrogen és una pràctica habitual en bodega per evitar problemes fermentatius. Els nostres estudis demostren que el moment de dur a terme aquesta addició condiciona no només la cinètica fermentativa i el creixement del llevat, sinó també el perfil de consum d'amoni i aminoàcids, i la producció de compostos secundaris. L'assimilació de nitrogen per part dels llevats també depèn de la temperatura de fermentació, la qual determina tant la qualitat com la quantitat dels requeriments nitrogenats dels llevats. A baixa temperatura de fermentació, l'amoni i la glutamina són menys consumits, mentre que els aminoàcids regulats per NCR ho són més.Aquesta tesi és una aproximació global al comportament del llevat a baixes temperatures i al metabolisme nitrogenat, i ens obra moltes possibilitats d'estudi, punts on s'hauria d'aprofundir per un millor coneixement i millora d'aquestes fermentacions. / Wines produced at low temperatures (10-15ºC) are known to develop certain characteristics of taste and aroma, not only related to primary aroma retention. However, low temperature fermentations have also some disadvantages that comprise an increase of the duration of the process and a higher risk of stuck and sluggish fermentation.In order to improve the fermentation performance and the quality of wine, we established the following objectives: - The study of wine yeast metabolism at low temperature fermentation (13ºC), and its influence in aspects as the fermentation kinetic, the yeast growth, the yeast lipid metabolism, the production of aromatic compounds, and the global yeast gene expression.- The study of nitrogen metabolism of yeast in alcoholic fermentation, as well as the study of nitrogen supplementations at different points of the fermentation.Our results showed that low temperatures increased the length of fermentation, the yeast viability along the process, but also modified the lipid composition of yeast cells, increasing the membrane fluidity, and improved the aromatic composition of the wine, increasing the flavour-active compounds and decreasing the unpleasant ones such as acetic acid and fusel alcohols. To identify the molecular mechanism that causes these changes in aroma profiles and to verify that 13°C-fermentation does not hinder other cellular properties, we compared the expression programs during wine fermentation at 13ºC and 25°C (using Microarrays technology), and tentatively correlated the differential genes expression with changes in intracellular lipid content, and in the production of flavour-active metabolitesThis genome-wide analysis carried out for the first time with a commercial yeast strain under true industrial conditions revealed many major differential genes expression both during the course of the wine fermentation and between two fermentation temperatures. With respect to industrial output, wine fermentation conducted at 13°C presents the advantage to induce an early cold stress response that apparently does not penalize the wine fermentation process, further than the longest fermentation length. In the study of the nitrogen metabolism of yeast along the fermentation we observed that in wine fermentations the cells evolve from a nitrogen-repressed situation at the beginning of the process to a nitrogen-derepressed situation as the nitrogen is consumed. These nitrogen-repressed/derepressed conditions determined the different patterns of ammonium and amino acid consumption. Arginine and alanine were hardly used under the repressed conditions, while the uptake of branched-chain and aromatic amino acids increased. The repression of GAP1 and MEP2 genes in the cells, low arginase activity or inhibition of arginine uptake could be considered as a good Nitrogen Catabolite Repression markers. Winemakers systematically supplement grape musts with diammonium phosphate to prevent nitrogen-related fermentation problems. The timing of the nitrogen additions influenced the biomass yield, the fermentation performance, the patterns of ammonium and amino acid consumption, and the production of secondary metabolites. These nitrogen additions induced a nitrogen-repressed situation in the cells, and this situation determined which nitrogen sources were selected. Nitrogen assimilation also depends on fermentation temperature. Fermentation temperature is an important factor determining utilization of nitrogen sources during fermentation of grape juice, and influences the quantity and the quality of nitrogen requirement. Ammonium and glutamine, the preferred source for biomass production, are less consumed at low temperature. Likewise amino acids that are only taken up under derepressed conditions (arginine, alanine, asparagine, etc.) are more consumed at low temperature.The information provided by this thesis represents a starting point for deciphering the regulatory circuits during wine fermentation, overall at low temperature, and should help us to understand the properties of wine yeasts. Our results open up a lot of interesting perspectives that will further our knowledge of wine yeast metabolism during wine fermentations.

L'état viable mais non cultivable (VNC) a été étudiée en détail chez les bactéries. En revanche,l'état VNC chez d'autres micro-organismes, y compris en particulier les eucaryotes, a reçubeaucoup moins d'attention.Pour fournir des preuves concluantes de l'existence d'un état VNC chez la levure, en particulierchez S. cerevisiae, la capacité des différentes souches de S. cerevisiae à devenir viable et noncultivable après un stress sulfite avec différentes concentrations de SO2 a été étudiée parcytométrie de flux (CMF) en utilisant une sonde fluorescente comme un marqueur de viabilité(fluorescéine diacétate (FDA)) et par étalement sur milieu de culture. La capacité des cellules àrécupérer leur cultivabilité après l’élimination du stress en augmentant le pH du milieu a étéétudiée. Pour confirmer l’existence de l'état VNC, le temps de génération de cellules VNC aprèsl’élimination du stress a été comparé aux cellules cultivables et viables dans des conditions deculture identiques. En outre, la comparaison des différentes phases du cycle cellulaire descellules sortent de l'état VNC et les cellules en état VNC a été réalisée par CMF. Par ailleurs,l'implication du gène SSU1 codant pour la pompe SO2 dans l'état VBNC a été étudiée.Après l'application du stress, la comparaison entre la population cultivable déterminée sur milieude culture et la population viable évaluée par FCM met en évidence la présence de cellulesviables mais non cultivables. L'augmentation du pH du milieu permet aux cellules de S.cerevisiae viables mais non cultivables à redeviennent cultivables. Le temps de génération, decellules cultivées dans les mêmes conditions que celles rencontrées au moment de la sortie del’état VNC, est comparé au temps de sortie calculé au cours de la reprise de la cultivabilité. Ladifférence entre ces deux paramètres observés affirme que le temps mis par les cellules poursortir de l’état VNC n’était pas caractéristique d’une multiplication cellulaire.Finalement nous avons étudié l'implication du SSU1 dans l'état VNC. Les résultats montrent quele SSU1 n’est pas impliqué dans le maintien de l'état VNC chez S. cerevisiae / The viable but not culturable (VBNC) state has been studied in detail in bacteria. Bycontrast the VBNC state in other microorganisms, including particularly eukaryotes, has receivedmuch less attention. However, it has been suggested that in wine, Brettanomyces yeast cells mayenter a Viable But Not Culturable State, in particular in the presence of high, sulfur dioxide(SO2) concentration.To provide conclusive evidences for the existence of a VBNC state in yeast, especially in S.cerevisiae as a model organism, the capacity of different S cerevisiae strains to become viableand not cultivable after a sulfite stress with various concentrations of SO2 was studied by flowcytometry (FCM) using fluorescent probe as a viability marker (Fluorescein diacetate (FDA))and by plating on culture medium. The ability of cells to recover cultivability after stress removalby increasing the pH medium was investigated. To confirm the VBNC state, the rate ofgeneration of VBNC cells after stress removal was compared to cultivable and viable cells insame culture conditions. In addition, the comparison of different cell cycle phases of cells exitingthe VBNC state and cells in VBNC state was performed by FMC. Moreover, the involvement ofSSU1 gene coding for the SO2 pump in VBNC state was studied.After stress application, comparison between cultivable population determined on culturemedium and viable population assessed by FCM demonstrated the presence of the viable cellswhich became uncultivable after 24 to 48 hours depending on the strains under study. Increasingthe pH medium allows the viable but uncultivable S. cerevisiae cells to become cultivable again.The generation rate of cells exiting VBNC state was not consistent with growth of residualculturable cells, which support a true VBNC state. The absence of cell proliferation, the stabilityof the population during the increase of the cultivability and the decrease in esterase activity forVBNC cells allows us to conclude the presence of the VBNC state in S. cerevisiae in correlationwith the VBNC state definition.In order to determine whether SSU1 gene, encoding a sulfite pump efflux, was involved inVBNC, we compare a wild type S. cerevisiae strain to its nul mutant Δ ssu1. Our resultsdemonstrate that SSU1 gene does not seem to be involved in VBNC phenotype

La terminaison de la traduction intervient lorsqu'un ribosome rencontre un codon stop. Ce dernier est alors reconnu par le facteur eRF1p qui, en interaction avec eRF3p, provoque l'arrêt de la synthèse protéique. L'efficacité de terminaison de la traduction est déterminée par le contexte nucléotidique du codon stop. Ainsi, le contexte peut reprogrammer le codon stop en permettant aux ribosomes d'incorporer un ARNt avec une forte efficacité, on parle alors de translecture. J'ai démontré que chez S. cerevisiae les six nucléotides en 3' du codon stop sont déterminants dans l'efficacité de translecture, et que le motif général -CA(A/G)N(T/C/G)A- permet d'obtenir les plus fortes efficacités de passage des codons stop. Mon travail met en évidence que la translecture, identifiée jusqu'à présent uniquement dans des gènes viraux, est aussi retrouvée dans des gènes nucléaires. Elle permet de modifier l'expression des protéines concernées, en fonction des conditions environnementales. C'est notamment le cas du gène PDE2, pour lequel j'ai montré que la translecture permet de contrôler la stabilité de la phosphodiestérase de l'AMPc, et module ainsi le niveau d'AMPc intracellulaire. L'augmentation du niveau d'AMPc observée dans une souche [PSI+] pourrait permettre d'expliquer la grande diversité des phénotypes associés au facteur [PSI+]. Durant ce travail d'autre gènes soumis à un mécanisme de translecture ont été identifiés : il s'agit des gènes IMP3 et BSC4. Pour certains des autres candidats identifiés par notre approche "sans apriori", l'efficacité de translecture est indépendante de la concentration en facteur eRF3p. Ce résultat pourrait signifier qu'au niveau de ces codons stop, le mécanisme de terminaison est indépendant du facteur eRF3p. Le crible d'une banque multicopie d'ADNg m'a permis d'identifier de nouveaux candidats intervenant dans la terminaison de la traduction, ces résultats suggèrent une relation fonctionelle importante entre le cytosquelette et la terminaison de la traduction. L'étude des modifications des ARNt à mis en évidence le rôle important de la pseudouridination aux positions 38 et 39 dans les mécanismes de recodage (translecture et décalage du cadre de lecture). Ce travail a donc mis en évidence que la terminaison de la traduction est un point de contrôle de l'expression de certains gènes chez S. cerevisiae.

L'état viable mais non cultivable (VNC) a été étudiée en détail chez les bactéries. En revanche,l'état VNC chez d'autres micro-organismes, y compris en particulier les eucaryotes, a reçubeaucoup moins d'attention.Pour fournir des preuves concluantes de l'existence d'un état VNC chez la levure, en particulierchez S. cerevisiae, la capacité des différentes souches de S. cerevisiae à devenir viable et noncultivable après un stress sulfite avec différentes concentrations de SO2 a été étudiée parcytométrie de flux (CMF) en utilisant une sonde fluorescente comme un marqueur de viabilité(fluorescéine diacétate (FDA)) et par étalement sur milieu de culture. La capacité des cellules àrécupérer leur cultivabilité après l'élimination du stress en augmentant le pH du milieu a étéétudiée. Pour confirmer l'existence de l'état VNC, le temps de génération de cellules VNC aprèsl'élimination du stress a été comparé aux cellules cultivables et viables dans des conditions deculture identiques. En outre, la comparaison des différentes phases du cycle cellulaire descellules sortent de l'état VNC et les cellules en état VNC a été réalisée par CMF. Par ailleurs,l'implication du gène SSU1 codant pour la pompe SO2 dans l'état VBNC a été étudiée.Après l'application du stress, la comparaison entre la population cultivable déterminée sur milieude culture et la population viable évaluée par FCM met en évidence la présence de cellulesviables mais non cultivables. L'augmentation du pH du milieu permet aux cellules de S.cerevisiae viables mais non cultivables à redeviennent cultivables. Le temps de génération, decellules cultivées dans les mêmes conditions que celles rencontrées au moment de la sortie del'état VNC, est comparé au temps de sortie calculé au cours de la reprise de la cultivabilité. Ladifférence entre ces deux paramètres observés affirme que le temps mis par les cellules poursortir de l'état VNC n'était pas caractéristique d'une multiplication cellulaire.Finalement nous avons étudié l'implication du SSU1 dans l'état VNC. Les résultats montrent quele SSU1 n'est pas impliqué dans le maintien de l'état VNC chez S. cerevisiae