Microbiome, disease-resistant varieties, and wine quality

Abstract

The development of interspecific hybrid varieties (ihvs) resistant to diseases such as powdery mildew and downy mildew allows for a decrease in the use of inputs in vineyards. In this perspective, ihvs represent a response to societal demand for reducing environmental impact and are increasingly used in viticulture. At the same time, wines resulting from so-called spontaneous fermentations, based on indigenous flora, have recently gained popularity. The primary source of microorganisms responsible for spontaneous fermentation comes from grape berries, although it is recognized that the winery environment contributes to the evolution of microbial communities during fermentation. The choice of spontaneous fermentation aiming to use and preserve natural biodiversity must be supported by a deep understanding of microbial communities and their impact on the course of fermentation and the final quality of wines. Due to their resistance to mildew and powdery mildew, the balance of microbial communities in ihvs is altered, leaving room for other fungi/yeasts not necessarily involved in fermentation, and potentially promoting the emergence of new phytopathogenic species or those contributing to wine spoilage. Therefore, it is important to identify the microbial communities present on the surface of grape berries of ihvs. While there are many articles describing the biodiversity of grape microorganisms and musts from traditional varieties, there are none regarding resistant varieties. In this context, this project aims to characterize the diversity of the grape berry microbiota of ihvs and the biotic and abiotic factors that modulate it. To achieve this objective, 24 varieties including 12 ihvs were collected from four experimental vineyards in Languedoc (France). The characterization of the microbiota present on the surface of grape berries was performed using metabarcoding. Potential sources of variation considered were the wine region, agroecological environment, variety, and the composition of polysaccharides and polyphenols in grape berry skins. Furthermore, the impact of the microbiota on the aromatic quality of wines resulting from indigenous fermentations was studied. For this purpose, micro-fermentations were conducted using the microbiota of the carignan variety (traditional grape) and artaban (ihvs). The microbiota composition of each variety was characterized by metabarcoding and used to inoculate a flash-pasteurized must, either by direct transplantation of the microbiota or by a yeast starter step. Subsequently, research was conducted on the feasibility of reproducing indigenous fermentations using an artificial yeast consortium. Based on the prior characterization of the microbiota, the proportions of different yeast species were estimated, and artificial consortia were created from naturally isolated grape strains. These consortia were used to inoculate the same flash-pasteurized must, to carry out fermentations under the same conditions. Fermentation kinetics, physicochemical properties of the must during fermentation, and the composition of fermentative aromas in wines were compared with data obtained from the complete microbiota recovery.

Microbiote, variétés résistantes aux maladies et qualité des vins 

Le développement des variétés hybrides interspécifiques (vhi) résistantes aux maladies telles que oïdium et mildiou permet la diminution de l’utilisation d’intrants à la vigne. Dans cette optique, les vhi représentent une réponse à une demande sociétale de réduction de l’impact environnemental et sont de plus en plus utilisées en viticulture. En même temps, les vins issus de fermentations dites spontanées, c’est-à-dire basées sur la flore indigène, ont connu récemment un certain engouement. La source principale des micro-organismes responsables de la fermentation spontanée provient des baies de raisin, même s’il est reconnu que l’environnement du chai contribue à l’évolution des communautés microbiennes au cours de la fermentation. Le choix d’une fermentation spontanée visant à utiliser et préserver la biodiversité naturelle doit être conforté par l’apport d’une connaissance approfondie des communautés microbiennes et de leur impact sur le déroulement de la fermentation et la qualité finale des vins. Du fait de leur résistance au mildiou et à l’oïdium, l’équilibre des communautés microbiennes des vhi est modifié, laissant la place libre à d’autres champignons/levures non nécessairement fermentaires, et favorise potentiellement l’émergence de nouvelles espèces phytopathogènes ou participant à l’altération des vins. Il est donc important d’identifier les communautés microbiennes présentes à la surface des baies de raisin des vhi. S’il existe de nombreux articles qui décrivent la biodiversité des microorganismes du raisin et des moûts de cépages traditionnels, il n’y en a pas concernant les variétés résistantes.   Dans ce contexte, ce projet s’intéresse à caractériser la diversité du microbiote des baies de raisins de vhi et des facteurs biotiques et abiotiques qui le modulent. Pour atteindre cet objectif, 24 variétés dont 12 vhi ont été collectées dans quatre domaines viticoles expérimentaux du languedoc (france). La caractérisation du microbiote présent en surface des baies de raisin a été faite par métabarcoding. Les facteurs de variation potentielle pris en considération ont été la région viticole, l’environnement agro écologique, la variété et la composition en polysaccharides et polyphénols des pellicules de baie de raisin.  Par ailleurs, l’impact du microbiote sur la qualité aromatique des vins issus de fermentations indigènes a été étudié. Pour cela, des micro fermentations ont été réalisées à partir des microbiotes des variétés carignan (cépage traditionnel) et artaban (vhi). La composition des microbiotes de chaque variété a été caractérisée par métabarcoding et utilisée pour ensemencer un moût flash pasteurisé, soit par transplantation directe du microbiote, soit par une étape de pied de cuve. Par la suite, des recherches ont été menées sur la faisabilité de reproduire les fermentations indigènes à partir d’un consortium artificiel de levures. A partir de la caractérisation du microbiote faite en amont, les proportions des différentes espèces de levure ont été estimées et des consortiums artificiels ont été créés à partir des souches naturelles isolées des raisins. Ces consortiums ont servi à ensemencer le même moût flash pasteurisé, pour effectuer des vinifications dans les mêmes conditions. La cinétique fermentaire, les propriétés physico-chimiques du moût au cours de la fermentation et la composition en arômes fermentaires des vins ont pu être comparées avec les données issues de la récupération du microbiote complet.

Microbioma, variedades resistentes a enfermedades y calidad del vino

El desarrollo de variedades híbridas interespecíficas (vhi) resistentes a enfermedades como el oídio y el mildiú permite la reducción del uso de insumos en la vid. En esta perspectiva, las vhi representan una respuesta a la demanda social de reducir el impacto ambiental y están siendo cada vez más utilizadas en la viticultura. Al mismo tiempo, los vinos procedentes de fermentaciones espontáneas, es decir, basadas en la flora autóctona, han experimentado recientemente un cierto entusiasmo. La principal fuente de los microorganismos responsables de la fermentación espontánea proviene de las bayas de uva, aunque se reconoce que el entorno de la bodega contribuye a la evolución de las comunidades microbianas durante la fermentación. La elección de una fermentación espontánea con el objetivo de utilizar y preservar la biodiversidad natural debe ser respaldada por un profundo conocimiento de las comunidades microbianas y su impacto en el desarrollo de la fermentación y la calidad final de los vinos. Debido a su resistencia al mildiú y al oídio, el equilibrio de las comunidades microbianas de las vhi se ve alterado, dejando espacio libre para otros hongos/levaduras no necesariamente fermentativos, y potencialmente favoreciendo la emergencia de nuevas especies fitopatógenas o que participan en la alteración de los vinos. Por lo tanto, es importante identificar las comunidades microbianas presentes en la superficie de las bayas de uva de las vhi. Si bien hay muchos artículos que describen la biodiversidad de los microorganismos de la uva y los mostos de variedades tradicionales, no hay ninguno sobre las variedades resistentes. En este contexto, este proyecto se centra en caracterizar la diversidad del microbioma de las bayas de uva de las vhi y los factores bióticos y abióticos que lo modulan. Para lograr este objetivo, se recolectaron 24 variedades, incluidas 12 vhi, en cuatro fincas vitícolas experimentales de languedoc (francia). La caracterización del microbioma presente en la superficie de las bayas de uva se realizó mediante metabarcoding. Los factores de variación potencial considerados incluyeron la región vitivinícola, el entorno agroecológico, la variedad y la composición de polisacáridos y polifenoles de las películas de las bayas de uva. Además, se estudió el impacto del microbioma en la calidad aromática de los vinos procedentes de fermentaciones autóctonas. Para ello, se realizaron microfermentaciones a partir de los microbiomas de las variedades cariñena (variedad tradicional) y artaban (vhi). La composición de los microbiomas de cada variedad se caracterizó mediante metabarcoding y se utilizó para inocular un mosto flash pasteurizado, ya sea mediante la transmisión directa del microbioma o mediante un paso de pie de cuba. Posteriormente, se investigó la viabilidad de reproducir las fermentaciones autóctonas a partir de un consorcio artificial de levaduras. A partir de la caracterización previa del microbioma, se estimaron las proporciones de las diferentes especies de levaduras y se crearon consorcios artificiales a partir de cepas naturales aisladas de las uvas. Estos consorcios se utilizaron para inocular el mismo mosto flash pasteurizado, para realizar vinificaciones en las mismas condiciones. La cinética fermentativa, las propiedades fisicoquímicas del mosto durante la fermentación y la composición de aromas fermentativos de los vinos pudieron compararse con los datos obtenidos de la recuperación del microbioma completo.