Die Finanzierung durch das Stipendium des Appalachian State University Research Council (URC) und das CAPES Print Travel-Stipendium, das den Besuch der FAO an der Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto - São Paulo, Brasilien, unterstützte, werden dankbar gewürdigt. Diese Studie wurde teilweise von der Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Finanzcode 001 finanziert. Das ECPDM ist dankbar für das CAPES Print Travel Stipendium, das ihren Besuch an der Appalachian State University unterstützte. Das ECPDM ist Research Fellow 2 des Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, Brasilien (CNPq).

1. Experimentelle Weinproduktion
<ol><li>Beziehen Sie Traminnette-Trauben von Dynamis Estate-Wein im Weinberg Jonesville, North Carolina, entrappen und zerkleinern, um den Most in zwei separate offene 600-Liter-Gärbehälter zu geben und etwa 4 Tage lang mit aufgesetzten Deckeln auf den Schalen zu belassen.</li>
	<li>Schlagen Sie die Kappen einmal täglich nach unten, um die Haut feucht zu halten und die Produktion flüchtiger Säuren (VA) zu begrenzen. HINWEIS: Die Idee ist, dass sich viele der aromatischen Vorläufer (Monoterpene) in den Schalen befinden und den Saft in Kontakt mit der Haut lassen, um das aromatische Potenzial des Weins zu erhöhen.</li>
	<li>Nach 4 Tagen Pech Saccharomyces cerevisiae var cerevisiae QA23 (Lallemand). Diese Hefe wurde ausgewählt, da sie ein starker Gärer ist und mit der Verbesserung des Sortencharakters im Wein aus den Trauben verbunden ist.</li>
	<li>In einem Tank, Traminette R, 20 g/hL Fermaid O bei einem Brix von 17,7 und 20 g/hL Fermaid O und 12,5 g/hL Fermaid K bei 13,1 g/hL hinzufügen, um Gärsicherheit zu erreichen, während im anderen Tank, Traminette L, 40 g/hL Stimula Sauvignon blanc bei einem Brix von 17,1 hinzugefügt werden. Bei einem Brix-Wert von 13,4 auch 20 g/hL Fermaid O hinzufügen, um den Sortencharakter des Weins zu verbessern.</li>
	<li>Doppelte Proben von Most (Tag 1), hinzugefügter Hefe (Tag 4), fermentiertem Most (Tag 15) und fertigen Weinproben (Tag 30) entnehmen und vor der DNA-Extraktion und metagenomischen Analyse bei -20 °C aufbewahren.</li>
</ol>2. DNA-Extraktion für die Metagenomik
<ol><li>Bewahren Sie alle oben gewonnenen doppelten Proben bis zur ersten Zentrifugation auf Eis auf.</li>
	<li>20 ml der fermentierten Probe werden in ein steriles 50-ml-Schraubverschlussröhrchen überführt.</li>
	<li>10 ml kaltes Wasser hinzufügen und homogenisieren (Vortex). 1 min bei 800 x g bei 4 °C zentrifugieren und den Überstand in ein neues 50-ml-Röhrchen überführen. HINWEIS: In diesem Schritt werden die Feststoffe der Probe entfernt.</li>
	<li>Schritt 2.3 zweimal wiederholen und die Überstände im selben Röhrchen bündeln.</li>
	<li>Überstand bei 3.000 x g bei 4 °C 20 min zentrifugieren, um die Zellen zu pelletieren. Entsorgen Sie den Überstand.</li>
	<li>Das Pellet in 1 ml PBS resuspendieren, in ein 2-ml-Schraubverschlussröhrchen umfüllen und 2 Minuten lang bei 14.000 x g zentrifugieren. Führen Sie zwei weitere Wäschen mit PBS durch.</li>
	<li>Frieren Sie die Pellets in diesem Schritt bei -20 °C ein oder befolgen Sie Schritt 2.8. Es ist wichtig, dass alle Proben gleich behandelt werden.</li>
	<li>Fügen Sie 978 μl Natriumphosphatpuffer hinzu. Natriumphosphatpuffer herstellen, 3,1 g NaH2PO4· H2O und 10,9 g Na2HPO4 (wasserfrei) zu destilliertem H2O zu einem Volumen von 1 l und pH-Wert auf 7,4 einstellen.</li>
	<li>122 μl DNA-Puffer (DNA-Spin-Kit) hinzufügen und vortexen.</li>
	<li>Im Kühlschrank (4 °C) 45 min-1 h stehen lassen. Wirbeln Sie die Proben alle 15 min. Dieser Schritt kann über Nacht (o/n) oder bis zur weiteren Verwendung des DNA-Spin-Kits belassen werden.</li>
	<li>Übertragen Sie 1 ml Probe in ein Lyselösungsröhrchen 1 (DNA-Spin-Kit) und ziehen Sie die Kappe fest (schreiben Sie die Probennummer auf die Seite des Röhrchens und nicht auf die Kappe; die Kit-Reagenzien entfernen alles, was auf der Kappe steht).</li>
	<li>Die Probe wird in einem Perlbrecher (6,5 m/s, CY: 24 x 2) dreimal 60 s lang homogenisiert. Wenn die Perlmühle über die Vorrichtung zum Einfüllen von Eis verfügt, geben Sie 50 g Trockeneis unter die Röhrchen. Wenn nicht, bewahren Sie die Proben zwischen den einzelnen Homogenisierungsschritten 5 Minuten lang auf nassem Eis auf.</li>
	<li>Zentrifugieren Sie Lysing Matrix E-Röhrchen (DNA-Spin-Kit) für 1 Minute bei 16800 x g (oder maximaler Geschwindigkeit).</li>
	<li>Den Überstand in ein sauberes Mikroröhrchen geben. Fügen Sie danach 250 μl Reagenz für Proteinfällungslösung (PPS) (DNA-Spin-Kit) hinzu und mischen Sie, indem Sie das Röhrchen 10 Mal von Hand schütteln.</li>
	<li>5 min bei 16800 x g zentrifugieren, um den Niederschlag zu pelletieren.</li>
	<li>Den Überstand in ein steriles 15-ml-Röhrchen überführen. Geben Sie 1 ml Bindungsmatrixsuspension (DNA-Spin-Kit) in den Überstand. HINWEIS: Suspendieren Sie die Bindungsmatrixsuspension vor der Verwendung, bis sie homogen ist.</li>
	<li>Drehen Sie die Röhrchen 2 Minuten lang von Hand um und lassen Sie die Röhrchen dann 3 Minuten lang in einem Gestell stehen (damit sich die Kieselsäurematrix absetzen kann).</li>
	<li>Entfernen Sie vorsichtig 1 ml des Überstands. Die Matrix wird im verbleibenden Überstand resuspendiert.</li>
	<li>600 μl der Mischung in ein Spin-Filterröhrchen (DNA-Spin-Kit) überführen und 1 min bei 14500 x g zentrifugieren.</li>
	<li>Die restliche Mischung hinzufügen und zentrifugieren.</li>
	<li>Durchfluss dekantieren und 500 μl Waschlösung (DNA-Spin-Kit) in das Schleuderfilterröhrchen geben und 1 Minute bei 14500 x g zentrifugieren (EtOH zur Waschlösung hinzufügen; siehe Produkthandbuch). Dekantieren Sie den Durchfluss und wiederholen Sie die Wäsche noch zwei weitere Male (insgesamt 3 Wäschen).</li>
	<li>Dekantieren Sie den Durchfluss und zentrifugieren Sie weitere 2 Minuten bei 14.500 x g , um die Matrix der restlichen Waschlösung zu trocknen.</li>
	<li>Entfernen Sie den Schleuderfilter und legen Sie ihn in ein frisches Auffangröhrchen (DNA-Spin-Kit). Trocknen Sie den Schleuderfilter 5 Minuten lang bei Raumtemperatur (RT) an der Luft.</li>
	<li>Erwärmen Sie das DNAse-freie Wasser (DNA-Spin-Kit) bei 55 °C für 5 min. Fügen Sie 50 μl DNAse-freies Wasser hinzu und rühren Sie die Matrix vorsichtig mit einer Pipettenspitze auf der Filtermembran um, um eine effiziente Elution der DNA zu erzielen. Lassen Sie die Proben 1 Minute lang bei RT stehen und zentrifugieren Sie sie dann 1 Minute lang bei 14500 x g , um die DNA zu eluieren.</li>
	<li>Legen Sie die Proben auf Eis. Laden Sie die Probenmischung (2 μl Probe + 2 μl Wasser + 1 μl Ladepuffer) in ein Gel. Messen Sie die DNA-Konzentration.</li>
	<li>Lagern Sie die Proben bei -20 °C.</li>
	<li>Verwenden Sie ein Spektralphotometer, um die extrahierte DNA zu quantifizieren. HINWEIS: Ein Volumen von 1 μl DNA wurde fallen gelassen und quantifiziert, und die Qualität der DNA wurde in einem Verhältnis von A260/A280 festgestellt.</li>
</ol>3. DNA-Elektrophorese
<ol><li>Bereiten Sie 1% Agarose-Gel in 0,5 Tris/Borat/EDTA (FSME)-Puffer vor (20 ml für ein Mini-Gel, 70-100 ml für ein mittleres Gel). Agarose + Puffer wiegen, in der Mikrowelle kochen, um Agarose zu schmelzen, erneut wiegen und dH2O zum Originalgewicht hinzufügen. Die Agaroselösung auf 55-60 °C abkühlen lassen und in den Gelbildner mit Kammaufbau gießen. Lassen Sie das Gel fest werden.</li>
	<li>Geben Sie 1 μl 10x Gelladepuffer in die Probe (10 μl) und laden Sie es neben einem Molekulargewichtsmarker auf das Gel. Von negativ (schwarz) nach positiv (rot) bei 100-115 V (großes Gel) oder 90 V (Mini-Gel) laufen, bis sich der blaue Farbstoff in der Nähe des Bodens befindet.</li>
	<li>Färben Sie das Gel 30 Minuten lang in 1 μl/ml Ethidiumbromid oder SYBR-Grün (Nitrilhandschuhe und Schutzbrille erforderlich), spülen Sie es in Wasser ab und betrachten Sie es unter einer ultravioletten (UV) Lichtquelle. Wählen Sie aus den doppelten Proben die höchste Ausbeute für die weitere Verarbeitung aus.</li>
</ol>4. Hochdurchsatz-Sequenzierung
<ol><li>Amplifizieren Sie die hypervariable V4-Region des 16S rRNA-Gens mit den spezifischen Primern 515F (5' -GTGYCAGCMGCCGCGGTAA-3') und 806R (5'-GGACTACNVGGGTWTCTAAT-3')22. Stellen Sie die Bedingungen für die Polymerase-Kettenreaktion (PCR) auf 94 °C für 2 min, 30 Zyklen von 94 °C für 20 s, 58 °C für 20 s, 65 °C für 1 min und 65 °C für 10 min (letzte Verlängerung) ein.</li>
	<li>Führen Sie PCR-Reaktionen mit einem High-Fidelity-PCR-Mastermix durch (Table of Materials).</li>
	<li>Generieren Sie Bibliotheken mit einem DNA-Bibliotheksvorbereitungskit und sequenzieren Sie dann mit Paired-End-Sequenzierung auf einer Sequenzierungsplattform. HINWEIS: Hier wurden die mit dem NEBNext Ultra II DNA Library Prep Kit generierten Bibliotheken mittels Paired-End-Illumina-Sequenzierung (2 × 250 bp) auf der novaseq6000-Plattform sequenziert.</li>
	<li>Befolgen Sie die Sequenzierungsschritte:<ol><li>Schritt 1: Scheren Sie die DNA mit einem Enzym, normalerweise durch eine Methode, die für eine allgemeine Größe selektiert.<ol><li>3,5 μl Sequenzierpuffer und 1,5 μl Enzymmix zu 25 μl DNA (ca. 1 μg) geben, 10 mal mit einer Pipette mischen und schnell schleudern.</li>
			<li>In einen Thermocycler unter folgenden Bedingungen geben: Deckel auf 75 °C vorheizen, (1) 30 min auf 20 °C (2) 30 min auf 65 °C (3) bei 4 °C halten.</li>
		</ol></li>
		<li>Schritt 2: Adapter über Ligation hinzufügen<ol><li>Fügen Sie mit einer Pipette 15 μl Ligations-Mastermix, 1,25 μl Adapter, 0,5 μl Ligationsverstärker und 30 μl End-Prep-DNA-Mix hinzu.</li>
			<li>Inkubieren Sie 15 Minuten lang bei 20 °C in einem Thermocycler und geben Sie dann 1,5 μl uracilspezifisches Exzisionsreagenz (USER)-Enzym in die Ligationsmischung, um insgesamt 48,26 μl zu erhalten. Inkubieren Sie 37 °C für 15 Minuten.</li>
			<li>Fügen Sie 43,5 μl magnetische Beads zur Adapterligations-DNA hinzu, mischen Sie sie 20 Mal mit einer Pipette und inkubieren Sie sie 5 Minuten lang bei RT. Trennen Sie die Beads mit einem Magnetgestell, inkubieren Sie dann 5-10 Minuten lang und entsorgen Sie den Überstand.</li>
			<li>Waschen Sie das Pellet mit 100 μl 80% Ethanol, trocknen Sie es 30 s lang und waschen Sie es erneut. Eluieren Sie die Kügelchen und das Pellet in 8,5 μl 10 mM Tris HCl/0,1x Tris-EDTA(TE)/HPLC H20, mischen Sie sie mit einer Pipette und inkubieren Sie sie 2 Minuten lang bei RT.</li>
			<li>Im Magnetgestell inkubieren und 7,5 μl eluierte DNA als Überstand entfernen. Legen Sie die Elue in ein neues Röhrchen und führen Sie einen PCR-Schritt durch.</li>
			<li>Fügen Sie zunächst 12,5 μl Mastermix, 2,5 μl Index-Primer i7-Primer und 2,5 μl universellen PCR-Primer/i5-Primer zu 7,5 μl adapterligierter DNA hinzu, um 25 μl PCR-Reaktionsmix zu erhalten. Verwenden Sie die folgende PCR-Bedingung: Heizen Sie den Deckel auf 103 °C vor. 98 °C für 30 s, 98 °C für 10 s, 65 °C für 75 s, 65 °C für 5 min und halten Sie ihn nach 10 Zyklen bei 4 °C.</li>
			<li>Reinigen Sie die 25 μl amplifizierte DNA. Fügen Sie 22,5 μl Magnetkügelchen hinzu und mischen Sie 20 Mal. 5 Minuten bei RT inkubieren und 50 μl des Überstands entfernen. Waschen Sie die Kügelchen mit 100 μl 80%igem Ethanol und entfernen Sie das gesamte Ethanol, indem Sie die Kügelchen 30 s lang vorsichtig trocknen.</li>
			<li>Die dunkelbraunen Kügelchen in 16 μl Wasser resuspendieren, 20 Mal mit einer Pipette mischen und für 30-60 s in das Magnetgestell legen. 15 μl in ein neues Röhrchen umfüllen.</li>
			<li>Bestimmen Sie die DNA-Konzentration mit einem Fluorometer. Mischen Sie 90 μl Puffer + 1 μl Farbstoff + 2 μl DNA-Bibliotheksprobe und lesen Sie die Konzentration ab. Verdünnen Sie die DNA auf 2 nM, laden Sie 27-30 μl in die Durchflusszelle und legen Sie sie in den Sequenzierer.</li>
		</ol></li>
		<li>Schritt 3: Sequenzieren Sie die Adapter, hybridisieren Sie die oben generierten Bibliotheken mit der Matrix der gemusterten Durchflusszelle und erfassen Sie DNA gemäß den Anweisungen des Herstellers. Verwenden Sie es als Vorlage für die zweite Synthese.<ol><li>Amplifizieren Sie dann den zweiten Strang zu einem klonalen Cluster. Linearisieren Sie den Cluster und blockieren Sie die aktiven Standorte. Fügen Sie einen Sequenzierungsprimer hinzu, um einen Ort für die Sequenzierung durch Synthese in der Sequenz gemäß dem Protokoll des Herstellers bereitzustellen. HINWEIS: Chemisch binden die modifizierten Nukleotide durch natürliche Komplementarität an den DNA-Matrizenstrang. Jedes Nukleotid hat eine fluoreszierende Markierung und einen reversiblen Terminator, der den Einschluss der nächsten Base blockiert. Daher zeigt das Vorhandensein eines Fluoreszenzsignals an, welches Nukleotid eingefügt wird, und der Terminator wird gespalten, damit die nächste Base binden kann.</li>
		</ol></li>
		<li>Schritt 4: Amplifizieren Sie den einfach gebundenen Strang, um Cluster von Sequenzen zu erhalten, die durch Synthese zusammen sequenziert werden. HINWEIS: Die Cluster geben durch bidirektionales Scannen und Zweikanal-Sequenzierungschemie ein helleres Signal als ein einzelner Strang. Die Sequenzierungssoftware überträgt Basisaufrufdateien (*.cbcl) automatisch zur Datenanalyse an den angegebenen Ausgabeordnerspeicherort.</li>
	</ol></li>
</ol>5. Bioinformatik
<ol><li>Generieren Sie die Sequenzdaten als FASTQ-Dateien. Analysieren Sie, um die folgenden Teile einzuschließen.<ol><li>Teil I:<ol><li>Speichern Sie die vom Sequenzer erhaltenen FASTQ-Dateien, klicken Sie, um eine Tabellenkalkulationsdatei zu öffnen, und erstellen Sie Zuordnungs-/Metadatendateien.</li>
			<li>Öffnen Sie die Nephele-Website (https://nephele.niaid.nih.gov/), laden Sie die FASTQ-Dateien hoch, lesen Sie QC, Filtern und Trimmen in QIIME222. Hinterlegung der Rohsequenzen als Sequenzlesearchiv (SRA) und GenBank im NCBI BioProject (https://submit.ncbi.nlm.nih.gov/subs/bioproject/)</li>
		</ol></li>
		<li>Teil II: Gehen Sie auf die Nephele-Website (https://nephele.niaid.nih.gov/), führen Sie die demultiplexed Paired-End-Lesevorgänge, Filtersubstitution und Chimärenfehler durch und führen Sie mit DADA223 zusammen. Verwenden Sie den Naive Bayes-Klassifikator, der auf der Silva-Datenbank Version 132 99 % OTU trainiert wurde, um eine bakterielle taxonomische Zuordnung bei 97 % Ähnlichkeitdurchzuführen 24.</li>
		<li>Teil III: Öffnen Sie die MicrobiomeDB-Website, klicken Sie, um Dateien hochzuladen, und generieren Sie OTU-Alpha-Diversitäts-, Beta-Diversitäts-, relative Abundanz- und Verdünnungskurven (https://microbiomedb.org/mbio/app).</li>
		<li>Teil IV: Öffnen Sie eine Tabelle und übertragen Sie Daten, um Heatmaps, Venn-Diagramme und lineare Diskriminanzanalyse-Effektgrößen (https://microbiomedb.org/mbio/app) zu erstellen.</li>
	</ol></li>
</ol>6. Statistische Auswertung
<ol><li>Öffnen Sie QIIME222 und bestimmen Sie die signifikanten Unterschiede in der Alpha-Diversität zwischen Gruppen mit dem Alpha-Gruppen-Signifikanz-Skript. Damit wird auch der Kruskal-Wallis-Test durchgeführt.</li>
	<li>Bestimmen Sie die Unterschiede in der Beta-Diversität zwischen Gruppen mit PERMANOVA, einschließlich eines paarweisen Tests25.</li>
	<li>Erhalten Sie die signifikanten Unterschiede in der Bakteriengemeinschaftsstruktur zwischen den Gruppen mit MicrobiomeDB. Ein p-Wert ≤0,05 wurde als statistisch signifikant angesehen.</li>
</ol>

Profilierung der bakteriellen Gemeinschaft in Trauben mit Hilfe der Amplikon-Metagenomik

<ol>
	<li>Skinkis, P. A., Bordelon, B. P., Wood, K. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+monoterpene+constituents+in+traminette,+gew&#252;rztraminer,+and+riesling+winegrapes.">Comparison of monoterpene constituents in traminette, gew&#252;rztraminer, and riesling winegrapes.</a> American Journal of Enology and Viticulture. 59, 440-445 (2008).</li><li>Bordelon, B. P., Skinkis, P. A., Howard, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+training+system+on+vine+performance+and+fruit+composition+of+Traminette.">Impact of training system on vine performance and fruit composition of Traminette.</a> American Journal of Enology and Viticulture. 59, 39-46 (2008).</li><li>Reisch, B. 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J., Rodr&#305;&#769;guez-Vico, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+characterization+and+oenological+properties+of+wine+yeasts+isolated+during+spontaneous+fermentation+of+six+varieties+of+grape+must.">Molecular characterization and oenological properties of wine yeasts isolated during spontaneous fermentation of six varieties of grape must.</a> Food Microbiology. 21, 149-155 (2004).</li><li>Attila, K. &. #. 1. 9. 5. ;., Kluz, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Natural+microflora+of+wine+grape+berries.">Natural microflora of wine grape berries.</a> Journal of Microbiology, Biotechnology and Food Sciences. 4 (special issue 1), 32-36 (2015).</li><li>Swiegers, J. H., Bartowsky, E. J., Henschke, P. A., Pretorius, I. 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O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metagenomics+methods+for+the+study+of+plant-associated+microbial+communities:+A+review.">Metagenomics methods for the study of plant-associated microbial communities: A review.</a> Journal of Microbiological Methods. 170, 105860 (2020).</li><li>van Hijum, S. A., Vaughan, E. E., Vogel, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+state-of-art+sequencing+technologies+to+indigenous+food+fermentations.">Application of state-of-art sequencing technologies to indigenous food fermentations.</a> Current Opinion in Biotechnology. 24, 178-186 (2013).</li><li>V&#237;quez-R, L., Fleischer, R., Wilhelm, K., Tschapka, M., Sommer, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Jumping+the+green+wall:+The+use+of+PNA-DNA+clamps+to+enhance+microbiome+sampling+depth+in+wildlife+microbiome+research.">Jumping the green wall: The use of PNA-DNA clamps to enhance microbiome sampling depth in wildlife microbiome research.</a> Ecology and Evolution. 10 (20), 11779-11786 (2020).</li><li>Bukin, Y. S., Galachyants, P., Yu, I. V., Morozov, S. V., Bukin, A. S., Zakharenko, T. I., Zemskaya, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+16S+rRNA+region+choice+on+bacterial+community+metabarcoding+results.">The effect of 16S rRNA region choice on bacterial community metabarcoding results.</a> Scientific Data. 6, 190007 (2019).</li></ol>

Die Autoren haben keine Interessenkonflikte anzugeben.

Das Protokoll der Metagenomik beginnt mit der Probenahme des Traubenmostes, und wenn dem Most Hefe zugesetzt wurde, dem gärenden Wein und der endgültigen Weinprobe. Es folgte eine doppelte DNA-Extraktion, die erfolgreich aus diesen Proben extrahiert wurde. Die erhaltenen Mengen variierten in der Konzentration von 15 ng/μl bis 87 ng/μl. Dies zeigt, dass das DNA-Extraktionsprotokoll für metagenomische Studien von Wein wirksam ist. Obwohl die Qualität der DNA bei A260/A280 variiert, kann dies auf verschiedene Paramete...

Die Traminette-Traube zeichnet sich durch eine Produktion von höchster Weinqualität aus, zusätzlich zu einem beträchtlichen Ertrag und einer teilweisen Resistenz gegen verschiedene Pilzinfektionen 1,2,3. Die natürliche Gärung von Trauben hängt von assoziierten Mikroorganismen, der Weinproduktionsumgebung und den Gärgefäßenab 4,5. Oft verlassen sich viele Weingüter auf wilde Hefen und Bakterien für die Gärung, die Produktion von Alkohol, Estern, Aroma und Geschmacksentwicklung6.
Ziel dieser Studie ist es, die bakterielle Zusammensetzung von Trauben zu untersuchen und ihre Dynamik während der Gärung zu überwachen. Die moderne Verwendung von Starterkulturen wie Saccharomyces cerevisiae für die Primärgärung, bei der Alkohol produziert wird, ist jedoch bei verschiedenen Weinstilen üblich7. Darüber hinaus verbessert die Nachgärung, bei der Apfelsäure von Oenococcus oeni zu Milchsäure decarboxyliert wird, das organoleptische und Geschmacksprofil des Weins und reduziert den Säuregehalt des Weins 8,9. Mit den jüngsten Fortschritten bei der Verwendung kulturunabhängiger Methoden ist es nun möglich, verschiedene Mikroben zu bestimmen, die mit der Keltertraube assoziiert sind, und die Arten, die in den Most überführt werden und zu unterschiedlichen Zeitpunkten bis zum Endprodukt an der Gärung teilnehmen10.
Die Rolle und Dynamik von Wildbakterien aus verschiedenen Trauben, die während der Weingärung auf den Most übertragen werden, sind kaum verstanden. Die Taxonomie vieler dieser Bakterien ist nicht einmal bekannt, oder ihre phänotypischen Eigenschaften sind nicht charakterisiert. Dadurch wird ihre Anwendung in der Kokulturfermentation noch wenig genutzt. Mikrobiologische kulturbasierte Analysen wurden jedoch verwendet, um die Bakterienpopulation zu bestimmen, die mit Trauben und Wein assoziiert ist10. Es ist allgemein bekannt, dass die selektive Kulturbeschichtung langwierig und anfällig für Verunreinigungen ist, eine geringe Reproduzierbarkeit aufweist und die Ergebnisse zweifelhaft sein können. Es fehlen auch Bakterienarten, deren Wachstumsanforderungen unbekannt sind. Frühere Studien deuten darauf hin, dass kulturunabhängige, auf 16S-rRNA-Genen basierende Methoden einen zuverlässigeren und kostengünstigeren Ansatz zur Charakterisierung komplexer mikrobieller Gemeinschaften bieten11. Beispielsweise wurde die Sequenzierung der hypervariablen Regionen des 16S rRNA-Gens erfolgreich eingesetzt, um Bakterien in Weinblättern, Beeren und Wein zu untersuchen 12,13,14. Studien haben gezeigt, dass die Verwendung von 16S rRNA-Metabarcoding oder ganzer metagenomischer Sequenzierung für Mikrobiomstudien geeignet ist15. Es gibt neue Informationen über den möglichen Zusammenhang der bakteriellen Vielfalt mit ihren metabolischen Eigenschaften während der Weinproduktion, die bei der Bestimmung der önologischen Eigenschaften und des Terroirs helfen könnten16.
Die Notwendigkeit, die Vorteile der metagenomischen Werkzeuge durch Next-Generation-Sequencing (NGS) zur Untersuchung der mikrobiellen Ökologie von Trauben und Wein zu maximieren, wurde betont16,17. Auch der Einsatz kulturunabhängiger Methoden auf der Grundlage der Hochdurchsatzsequenzierung zur Profilierung der mikrobiellen Vielfalt des Lebensmittel- und Fermentationsökosystems ist für viele Labore sehr relevant und wertvoll geworden und wird für den industriellen Einsatz empfohlen18,19. Es bietet einen Vorteil bei der Erkennung und taxonomischen Profilierung der vorhandenen mikrobiellen Populationen und des Beitrags von Umweltmikroben, ihrer relativen Häufigkeit und der Alpha- und Beta-Diversität20. Die Sequenzierung der variablen Region der 16S-Region ist zu einem wichtigen Gen der Wahl geworden und wurde in verschiedenen mikrobiellen ökologischen Studien verwendet.
Während sich viele Studien auf Pilze, insbesondere Hefen, während der Weingärung konzentrieren21, berichtete diese Studie über die 16S-Amplikon-Sequenzierung und bioinformatische Werkzeuge, die zur Untersuchung der Bakterien während der Gärung von Traminette-Trauben für die Weinproduktion verwendet werden.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Agarose gel&#160;</td>
			<td>Promega, Madison, WI USA</td>
			<td>V3121</td>
			<td>Electrophoresis&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FastPrep DNA spinKit for soil&#160;</td>
			<td>MP Biomedicals, Solon, OH USA</td>
			<td>116560-200</td>
			<td>DNA extraction&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FastQC software</td>
			<td>Babraham Institute, United Kingdom</td>
			<td></td>
			<td>Bioinformatics&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fermaid O</td>
			<td>Scott Laboratory, Petaluma, CA USA&#160;</td>
			<td></td>
			<td>Fermentation&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High-Fidelity PCR Master Mix&#160;</td>
			<td>New England Biolabs, USA</td>
			<td>F630S</td>
			<td>Polymerase chain reaction for sequencing&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NEBNext Ultra</td>
			<td>New England Biolabs, USA</td>
			<td>NEB #E7103</td>
			<td>DNA Library Prep</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NEBNext Ultra II DNA Library Prep Kit&#160;</td>
			<td>Illumina, San Diego, CA&#160; USA</td>
			<td></td>
			<td>DNA sequencing&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NovaSeq Control Software (NVCS)</td>
			<td>Illumina, San Diego, CA&#160; USA</td>
			<td></td>
			<td>DNA sequencing&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Novaseq6000 platform&#160;</td>
			<td>Illumina, San Diego, CA&#160; USA</td>
			<td></td>
			<td>DNA sequencing&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>QuiBit</td>
			<td>Thermoscientific, Waltham, MA, USA</td>
			<td></td>
			<td>DNA quantification&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quickdrop spectrophotometer&#160;</td>
			<td>Molecular device, San Jose, CA, USA</td>
			<td></td>
			<td>DNA quantification&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Phosphate&#160;</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>342483</td>
			<td>DNA extraction buffer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stimula Sauvignon Blanc</td>
			<td>Scott Laboratory, Petaluma, CA USA&#160;</td>
			<td></td>
			<td>Fermentation&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

profiling the bacterial community of fermenting traminette grapes during wine production using metagenomic amplicon sequencing

Fortschritte in der Sequenzierungstechnologie und der relativ einfache Zugang zur Verwendung von Bioinformatik-Tools zur Profilierung mikrobieller Gemeinschaftsstrukturen haben ein besseres Verständnis sowohl kultivierbarer als auch nicht kultivierbarer Mikroben in Trauben und Wein ermöglicht. Während der industriellen Fermentation sind bekannte und unbekannte Mikroben oft für die Produktentwicklung und den Fehlgeschmack verantwortlich. Daher kann die Profilierung der Bakterien von der Traube bis zum Wein ein einfaches Verständnis der mikrobiellen Dynamik in situ ermöglichen. In dieser Studie wurden die Bakterien des Gärungsmostes der Traminette-Trauben und der endgültige Wein einer DNA-Extraktion unterzogen, die 15 ng/μl bis 87 ng/μl ergab. Das 16S-Amplikon der hypervariablen Region der V4-Region wurde sequenziert, relativ häufige Bakterien, bestehend aus den Stämmen Proteobacteria, Actinobacteriota, Firmicutes, Bacteroidota, Fusobacteriota und gefolgt von der Verrucomicrobiota, Halobacterota, Desulfobacterota, Myxococcota und Acidobacteriota. Eine Venn-Diagramm-Analyse der gemeinsamen einzigartigen operativen taxonomischen Einheiten (OTU) ergab, dass 15 Bakterienstämme sowohl dem Traubenmost, der Gärphase als auch dem endgültigen Wein gemeinsam waren. Phyla, die zuvor nicht berichtet wurden, wurden mit der 16S-Amplikon-Sequenzierung nachgewiesen, ebenso wie Gattungen wie Enterobacteriaceae und Lactobacillaceae. Variationen in der Verwendung organischer Nährstoffe in Wein und ihre Auswirkungen auf Bakterien wurden getestet; Traminette R-Tank mit Fermaid O und Traminette L , stimuliert mit Stimula Sauvignon blanc + Fermaid O. Die Alpha-Diversität mit Hilfe des Kruskal-Wallis-Tests bestimmte den Grad der Gleichmäßigkeit. Die Beta-Diversität deutete auf eine Verschiebung der Bakterien in der Gärungsphase für die beiden Behandlungen hin, und die endgültigen Weinbakterien sahen ähnlich aus. Die Studie bestätigte, dass die 16S-Amplikon-Sequenzierung zur Überwachung von Bakterienveränderungen während der Weinproduktion verwendet werden kann, um die Qualität und bessere Nutzung von Traubenbakterien während der Weinproduktion zu unterstützen.

Traminette grape is characterized by production of superior wine quality, in addition to appreciable yield and partial resistance to several fungal infections1,2,3. The natural fermentation of grapes relies on associated microorganisms, wine production environment, and fermentation vessels4,5. Oftentimes, many wineries rely on wild yeast and bacteria for fermentation, production of alcohol, esters, aroma, and flavor development6.
The goal of this study is to examine the bacterial composition of grapes and monitor their dynamics during fermentation. Although, the modern use of starter cultures such as Saccharomyces cerevisiae for primary fermentation, where alcohol is produced, is common to different wine styles7. In addition, secondary fermentation, where malic acid is decarboxylated by Oenococcus oeni to lactic acid, improves the organoleptic and taste profile of the wine and reduces the acidity of wine8,9. With the recent advances in the use of culture-independent methods, it is now possible to determine different microbes associated with the wine grape and the species that are transferred to must and participate in the fermentation at different times up to the final product10.
The roles and dynamics of wild bacteria from different grapes transferred to the must during wine fermentation are poorly understood. The taxonomy of many of these bacteria is not even known, or their phenotypic properties are uncharacterized. This makes their application in coculture fermentation still poorly underutilized. However, microbiological culture-based analysis has been used to determine the bacterial population associated with grapes and wine10. It is widely known that selective culture plating is tedious, prone to contamination, has a low reproducibility, and output can be doubtful; it also misses bacterial species whose growth requirements are unknown. Previous studies indicate that culture-independent, 16S rRNA gene-based methodologies offer a more dependable and cost-effective approach to characterizing complex microbial communities11. For example, sequencing the hypervariable regions of the 16S rRNA gene has been successfully employed to study bacteria in grapes leaves, berries, and wine12,13,14. Studies have shown that the use of either 16S rRNA metabarcoding or whole metagenomic sequencing is suitable for microbiome studies15. There is emerging information about the possible linkage of bacterial diversity to their metabolic attributes during wine production, which could help in the determination of oenological properties and terroir16.
The need to maximize the advantages of the metagenomic tools using next-generation sequencing (NGS) to study the grape and wine microbial ecology has been emphasized16,17. Also, the use of culture-independent methods based on high throughput sequencing to profile microbial diversity of the food and fermentation ecosystem has become very relevant and valuable to many laboratories and is recommended for industrial use18,19. It provides an advantage of detection and taxonomic profiling of the present microbial populations and the contribution of environmental microbes, their relative abundance, and alpha and beta diversity20. The sequencing of the variable region of the 16S region has become an important gene of choice and has been used during different microbial ecological studies.
While many studies focus on fungi, especially yeast, during wine fermentation21, this study reported the 16S amplicon sequencing and bioinformatic tools used to study the bacteria during Traminette grapes fermentation for wine production.

Autor im Rampenlicht: Erforschung des Fermentationsmikrobioms durch Next-Generation-Sequencing

Profilierung der Bakteriengemeinschaft von gärenden Traminette-Trauben während der Weinproduktion mittels metagenomischer Amplikon-Sequenzierung

Research scope focuses on the understanding of the fermentation microbiome. This is to answer questions such as how diverse microbes in natural fermentation are, and what gene coding for metabolite is necessary for flavor and safety. One of the latest advancement in our field involves understanding how the dynamics of the microbiome correlate with the metabolic profile observed in fermented foods and beverages.The next generation sequence stands out as a pivotal technology that is currently driving advancements in our research field

Die Menge und Qualität der DNA, die aus Traubenmost, gärendem Wein und Endwein extrahiert wurde, wurden zunächst bestimmt; der Mengenwert reicht von 15-87 ng/μL (Tabelle 1).
Sequenzierung und Bioinformatik Der Illumina-Hochdurchsatz-Sequenzer erzeugte eine FASTQ-Datei, die in den Nephele importiert und auf der QIIME 2-Plattform26 angezeigt wurde. Zunächst wurde die FastQC-Software verwendet, um die Sequenzqualit...

Watch this Scientific Journal Video about Profiling the Bacterial Community of Fermenting Traminette Grapes during Wine Production using Metagenomic Amplicon Sequencing at JoVE.com

Hier stellen wir ein Protokoll zur Beschreibung der Amplikon-Metagenomik zur Bestimmung der Bakteriengemeinschaft von Traminette-Trauben, gärenden Trauben und Endwein vor.

Advances in sequencing technology and the relatively easy access to the use of bioinformatics tools to profile microbial community structures have ...

Der Forschungsschwerpunkt liegt auf dem Verständnis des Fermentationsmikrobioms. Dies soll Fragen beantworten, wie z. B. wie vielfältig Mikroben in der natürlichen Fermentation sind und welches Gen, das für Metaboliten kodiert, für Geschmack und Sicherheit notwendig ist. Einer der neuesten Fortschritte auf unserem Gebiet besteht darin, zu verstehen, wie die Dynamik des Mikrobioms mit dem Stoffwechselprofil korreliert, das in fermentierten Lebensmitteln und Getränken beobachtet wird.Die Sequenz der nächsten Generation zeichnet sich als Schlüsseltechnologie aus, die derzeit den Fortschritt in unserem Forschungsbereich vorantreibt

profiling-bacterial-community-fermenting-traminette-grapes-during

Research

JoVE Journal

Biology

Profiling the Bacterial Community of Fermenting Traminette Grapes during Wine Production using Metagenomic Amplicon Sequencing

482 Aufrufe.  Appalachian State University. Der Forschungsschwerpunkt liegt auf dem Verständnis des Fermentationsmikrobioms. Dies soll Fragen beantworten, wie z. B. wie vielfältig Mikroben in der natürlichen Fermentation sind und welches Gen, das für Metaboliten kodiert, für Geschmack und Sicherheit notwendig ist. Einer der neuesten Fortschritte auf unserem Gebiet besteht darin, zu verstehen, wie die Dynamik des Mikrobioms mit dem Stoffwechselprofil korreliert, das in fermentierten Lebensmitteln und Getränken beobachtet wird....