Genomic variations in Saccharomyces cerevisiae populations: diffusion in vineyards and effect on vinification processes

Il progetto di questa tesi di dottorato nasce da un precedente lavoro di isolamento, raccolta e caratterizzazione di lieviti da vigneto. Alcune variazioni genomiche sono state scoperte grazie al sequenziamento del genoma di quattro ceppi S. cerevisiae. La relazione tra genotipo e fenotipo nel lievito è uno degli argomenti più dibattuti in enologia. Con l’obiettivo di approfondire la conoscenza riguardo alle possibili conseguenze delle variazioni genomiche sulle prestazioni enologiche dei lieviti, questa tesi si concentra sulla diffusione di alcune variazioni genomiche nelle popolazioni di lieviti di vigneto e sulle loro implicazioni sul fenotipo tecnologico del lievito. È stata caratterizzata una popolazione di ceppi brasiliani della specie Saccharomyces cerevisiae, prestando attenzione al legame tra le pratiche agricole locali e la biodiversità dei ceppi in vigneto. I risultati hanno mostrato che l’importante uso del rame nella protezione della vite ha contribuito a sviluppare una forte tolleranza a questo metallo nella popolazione di lieviti autoctona. Questo effetto non ha influenzato la biodiversità genotipica dei ceppi di lievito nei vigneti interessati, che si sono stati confermati un’importante riserva per l’isolamento e la selezione dei ceppi di lievito enologici. La tolleranza verso il rame e i solfiti è stata studiata tra i ceppi S. cerevisiae delle collezioni di lieviti italiani e brasiliani. Gli argomenti trattati hanno riguardato il rapporto tra il CUP1 CNV (Copy N° Variation), e il rapporto tra la tolleranza al rame e la presenza di due traslocazioni cromosomiche e la tolleranza ai solfiti. I risultati hanno evidenziato un'associazione tra i tratti genetici e i fenotipi tolleranti a livello di popolazione di vigneto, in particolare tra la tolleranza al rame e il CUP1 CNV. È inoltre discussa la possibile associazione tra la tolleranza al rame e quella ai solfiti. È stato studiato l'assorbimento delle fonti di carbonio fermentabili in 4 ceppi S. cerevisiae. L'espressione genica dei trasportatori di esosi è stata analizzata durante la fase stazionaria della fermentazione in mosto sintetico. Lo studio ha coinvolto FSY1, gene trovato in EC1118 codificante per un simporto ad alta affinità fruttosio/H+, presente nel 25% dei ceppi di vigneto. L'analisi dell'espressione genica ha evidenziato che la ceppo-specificità non è correlata a un singolo gene ma dipende dalle vie principali di regolazione. Il maggiore utilizzo di FSY1 da parte di P301.9 e R31.3 sembra controbilanciare la loro elevata preferenza per il glucosio durante la fermentazione. Il ruolo di FSY1 nel lievito enologico sembra essere quello di aiuto per l'utilizzo più efficiente delle fonti di carbonio nelle ultime fasi fermentative. Questo lavoro può contribuire alla caratterizzazione dei lieviti enologici dando uno strumento per la loro distinzione per il fitness nell'ambiente di vinificazione a livello trascrizionale. Infine, i ceppi EC1118 e QA23 sono stati studiati in spumantizzazione secondo il metodo Martinotti, utilizzato nella produzione del Prosecco DOC Spumante (Conegliano-Valdobbiadene). È stato valutato la vitalità delle cellule di lievito durante la preparazione del pied-de-cuve, l'evoluzione di pressione in autoclave e la risposta delle cellule al raffreddamento del vino a fine processo. Durante il raffreddamento forzato le cellule sono state campionate per l'estrazione del RNA totale per la successiva analisi trascrittomica. I risultati preliminari mostrano che EC1118 è stato caratterizzato da una vitalità cellulare sempre inferiore rispetto a QA23, dalla fase di adattamento all'etanolo e per tutto il processo. Questa differenza si riflette sulla cinetica di evoluzione della pressione. Sono inoltre presentati e discussi i dati riguardanti l’estrazione, quantificazione, integrità e verifica della qualità del RNA totale.