Promoting the use of Saccharomycodaceae yeasts in winemaking by leveraging genome-wide analyses

12/18/2024

A produção de vinho e o seu consumo acompanham o Ser Humano há vários séculos, com a atividade de leveduras fermentativas, como Saccharomyces cerevisiae, a liderar o processo de vinificação. A utilização de inóculos combinados de leveduras nativas e S. cerevisiae, é uma tendência crescente neste sector, ambicionando melhorar as propriedades do vinho e criando produtos distintos. Leveduras da família Saccharomycodaceae, particularmente dos géneros Hanseniaspora e Saccharomycodes, têm sido consideradas promissoras neste contexto. No entanto, o conhecimento limitado sobre a sua fisiologia e os mecanismos de interação com S. cerevisiae, restringe a sua utilização. Esta tese aborda estas lacunas, combinando investigação fundamental e aplicação prática. No Capítulo III, é descrita a primeira sequência genómica de uma estirpe de Saccharomycodes ludwigii isolada de vinho, permitindo análises genómicas comparativas intraespécie (Capítulo III) e inter-espécies (Capítulo V), aprofundando a compreensão da fisiologia de Sd. ludwigii e da família Saccharomycodaceae. A fenotipagem de isolados NãoSaccharomyces obtidos de mostos da região vitivinícola da Península de Setúbal permitiu a identificação de estirpe Hanseniaspora uvarum (HuMJT198), pela sua elevada atividade de beta-glucosidase (Capítulo IVA). A utilização combinada de HuMJT198 com S. cerevisiae resultou em vinhos com maior concentração de terpenos livres, enaltecendo o papel das leveduras Hanseniaspora na modulação do aroma primário. A exploração genómica de HuMJT198 e outras espécies de Hanseniaspora identificou genes codificadores de betaglucosidase como responsáveis por este efeito. Adicionalmente, análises transcriptómicas e metabolómicas revelaram interações moleculares entre HuMJT198 e S. cerevisiae (Capítulo IVB). No geral, os resultados desta tese apoiam a exploração de leveduras NãoSaccharomyces como agentes bioaromatizantes, aplicando métodos baseados em conhecimento, com maior probabilidade de sucesso face à abordagem empírica atualmente utilizada. Wine has been produced and consumed by humans for centuries. At the heart of winemaking is the activity of fermenting yeasts, particularly Saccharomyces cerevisiae that leads vinification. The growing trend of using starter-cultures of other yeasts alongside S. cerevisiae aims to improve wine properties and create distinguishable products. Yeasts from the Saccharomycodacea family, specifically the sister genera Hanseniaspora and Saccharomycodes, are considered promising in this context. However, their utilization is hampered by the poor knowledge of their physiology and interaction mechanisms with S. cerevisiae. This thesis addresses these gaps through a combination of knowledge-gathering and application. The first genome sequence of a Saccharomycodes ludwigii wine strain is described in (Chapter II), facilitating comparative genomic analyses, both intra-species (Chapter III) and inter-species (Chapter V), against Hanseniaspora, providing insights into the physiology of Sd. ludwigii and the Saccharomycodacea family. Phenotypic profiling of Non-Saccharomyces isolates from grape musts in the Palmela winemaking area (Península de Setúbal region) enabled the identification of strain Hanseniaspora uvarum MJT198 (HuMJT198), based on its very high beta-glucosidase activity (Chapter IV.A). The combined use of HuMJT198 with S. cerevisiae produced wines with increased free terpenes, expanding the role of H. uvarum strains beyond modulation of secondary aroma. Exploring comparative genomics of HuMJT198 and other Hanseniaspora species beta-glucosidase-encoding genes were identified as contributors to this effect. Transcriptomic and metabolomic analyses revealed further interactions between HuMJT198 and S. cerevisiae at a molecular level (Chapter IV.B). Altogether, the results described in this thesis supports the trend of exploring NonSaccharomyces Yeasts as bio-flavourants in wine production but also other beverages, applying knowledge-driven and rational methods that improve the likelihood of success compared to the trial-and-error approaches currently in use.

Authors in the community:

• 

  M

  Maria João Alves Tavares

  ist169307

Supervisors of this institution:

• 

  N

  Nuno Gonçalo Pereira Mira

  ist148703

101809301

Doutoramento em Biotecnologia e Biociências

biological-sciences - Biological sciences

Keywords

• Non-Saccharomyces
• Saccharomycodaceae
• Saccharomycodes ludwigii
• Hanseniaspora uvarum
• winemaking Não-Saccharomyces
• Saccharomycodaceae
• Saccharomycodes ludwigii
• Hanseniaspora uvarum
• produção de vinho

eng - English

Instituto Superior Técnico

Financing entity

Fundação para a Ciência e a Tecnologia

Identifier for the funding entity: https://doi.org/10.13039/501100001871

Type of identifier of the funding entity: Crossref Funder