Axe 5 - Explorer et comprendre la diversité phénotypique et génomique des levures

Objectifs Scientifiques

L'objectif principal de "Diversité et propriétés des levures" est de décrypter les déterminants génétiques et physiologiques de la diversité des levures pour mieux piloter leur potentiel fonctionnel au sein des filières de production des aliments et boissons fermentés (vin, pain, bière, cidre…).

Longtemps centrés sur le modèle Saccharomyces cerevisiae, les recherches menées dans cet axe portent désormais sur l'ensemble des espèces rencontrées dans les filières, qu'elles soient d'intérêt technologique ou agents de contamination. l'association, au sein d'une démarche intégrée, de compétences et d'expertises diversifiées notamment en génomique, ingénierie génétique, physiologie, métabolisme et biostatistique, permet l'émergence de connaissances fondamentales mais aussi de nouvelles solutions appliquées. Celles-ci visent à contrôler la qualité des produits fermentés et à accompagner les filières fac aux enjeux de production, tels que le changement climatique et la durabilité. 

Questions scientifiques

Les travaux menés au sein de l’axe « Diversité et propriétés des levures » adressent trois questions scientifiques majeures :

• Quelle est l’étendue de la diversité génétique et fonctionnelle des levures au sein des filières fermentaires, et quels sont les déterminants de sa dynamique et de sa pérennité ?
• Quels sont les mécanismes moléculaires, biochimiques et métaboliques qui sous-tendent cette diversité et les propriétés technologiques d'intérêt ?
• Par quels leviers peut-on optimiser l’émergence et l’expression de ces propriétés au cœur des procédés de transformation ?  

Thématiques de recherche

L’axe « Diversité et propriétés des levures » structure ses projets de recherche autour de deux thématiques majeures :

1 - Caractériser la diversité des levures dans les aliments et boissons fermentés et comprendre les mécanismes d’adaptation à ces environnements. La description de la diversité génomique et phénotypique des levures des aliments et boissons fermentés repose sur l’appui stratégique du CIRM-Levures pour disposer de vastes collections de levures, le développement des outils de phénotypage à moyen et haut débit spécifiquement adaptés à nos modèles d'étude et la mise en œuvre d’approches de métabolomique et volatilomique, notamment en collaboration avec l’axe « Arômes », ainsi que des approches de génomique comparative et génomique des populations.

Cette approche intégrée dresse un panorama exhaustif du potentiel phénotypique des levures, facilitant ainsi l'identification de caractères d'intérêt technologique propres à chaque espèce. L’analyse du lien phénotype / génotype permet ensuite de comprendre l’émergence de ces propriétés.

D’autre part, les enjeux des travaux menés sur la diversité génomique sont d’établir les liens entre les flux microbiens et les mécanismes adaptatifs des levures à leur environnement et de décrypter l’incidence de la domestication sur l’évolution de la trajectoire génétique des espèces de levures fréquemment rencontrées dans les filières vin et pain.

2 - Utiliser et améliorer les propriétés des levures pour les procédés. Ce second volet vise à mobiliser la diversité phénotypique des levures pour répondre aux enjeux de performance et de durabilité des filières. Les travaux portent tout d’abord sur la compréhension de l’origine génétique, biochimique et/ou métabolique des propriétés d’intérêt technologique ou de défauts de souches/espèces de levure et de leur régulation. Un accent particulier est porté sur l’intégration de ces traits phénotypiques à l’échelle cellulaire, en considérant leur rôle dans le contexte physiologique global de la levure. D’autre part, les travaux menés s’attachent à déterminer comment les paramètres environnementaux et technologiques interagissent pour moduler l’expression des caractères d’intérêt ou défauts.  

Ce socle de connaissances est ensuite utilisé pour i) développer, notamment par évolution expérimentale ou par croisement, des souches optimisées qui seront utilisées seules ou en coculture ; ii) pour proposer des itinéraires de fermentation innovants (en terme de nutrition des levures, oxygénation…) permettant une expression accrue des propriétés d’intérêt.

Ces travaux bénéficieront d’une expertise reconnue en recherche participative et de collaborations avec les acteurs des filières, permettant d'intégrer leurs enjeux et contraintes — tels que la conception de nouvelles boissons ou l'adaptation aux nouvelles pratiques de production — au cœur de la démarche scientifique.

Sur le plan organisationnel, l’axe scientifique « Diversité et propriétés des levures » est rattaché à l’équipe LIGEM de l’UMR SPO.

Responsable de l’axe
Carole Camarasa
Directrice de Recherche INRAE
carole.camarasa@inrae.fr