Signalisation nitrate et Régulation par l’Environnement (Sirene)

Nom du responsable : Antoine Martin
Chargé de Recherche CNRS

 

 

Mots Clés

nutrition azotée, transport et perception du nitrate, signalisation N et C, développement racinaire, changement climatique

Présentation

L’équipe étudie les mécanismes qui gouvernent le prélèvement racinaire de nitrate par les plantes. Le nitrate (NO3-) est la principale source d’azote (N) pour la nutrition de la majorité des espèces végétales. Son absorption par les racines est la première étape du processus d’assimilation de l’azote inorganique, qui constitue, au même titre que la photosynthèse, une fonction fondamentale de l’autotrophie des végétaux. Il s’agit également d’une fonction cruciale pour la performance agronomique des espèces cultivées, qui doit maintenant s’inscrire dans un contexte de réduction des engrais azotés et d’adaptation au changement climatique. Ces préoccupations sont au cœur de la démarche globale pour une agriculture durable, économe en ressources naturelles et respectueuse de l’environnement. Nos travaux concernent deux composantes majeures du prélèvement racinaire de nitrate : les systèmes membranaires de transport de nitrate, et l’architecture du système racinaire. L’objectif principal est d’identifier les mécanismes moléculaires qui permettent aux plantes d’optimiser l’absorption racinaire de nitrate en réponse aux fluctuations de la disponibilité externe de cet ion et de leur propre statut nutritionnel (carence ou satiété en N, variations de la photosynthèse, augmentation du CO2). La principale espèce étudiée est Arabidopsis thaliana, et nous nous focalisons sur les mécanismes de signalisation qui assurent la perception de la disponibilité externe du nitrate, la régulation des systèmes de transport de nitrate, et la modulation du développement des racines. La démarche est intégrative car elle vise à comprendre comment: (i) une même voie de signalisation coordonne des réponses physiologiques (transport de nitrate) et développementales (architecture du système racinaire), (ii) des mécanismes de régulation agissant à différents niveaux (facteurs de transcription, dynamique chromatinienne, expression et adressage des protéines, interactions protéine/protéine, modifications post-traductionnelles) concourent à la réponse fonctionnelle globale, et (iii) différentes voies de signalisation interagissent entre elles pour permettre une réponse intégrée des racines à différents signaux (par exemple : disponibilité externe du nitrate et activité photosynthétique des feuilles). Les approches sont celles de la physiologie moléculaire, de la génomique fonctionnelle et de la biologie des systèmes : transcriptomique, modélisation des réseaux géniques, protéomique, génétique inverse, phénotypage fonctionnel, analyse du développement racinaire, imagerie, marquages isotopiques.

Membres de l'équipe
Résultats marquants
Publications significatives

Ruffel S*, Chaput V*, Przybyla-Toscano J, Fayos I, Ibarra C, Moyano TC, Fizames C, Tillard P, O’Brien JA, Gutiérrez RA, Gojon A, Lejay L✉ (2021) Genome-wide analysis in response to nitrogen and carbon identifies regulators for root AtNRT2 transporters. Plant Physiol., 186(1):696-714

Cassan O✉, Lèbre S, Martin A (2021) Inferring and analyzing gene regulatory networks from multi-factorial expression data: a complete and interactive suite. BMC Genomics, 22:387

Chu L-C, Offenborn JN, Steinhorst L, Wu XN, Xi L, Li Z, Jacquot A, Lejay L, Kudla J, Schulze W✉ (2021) Plasma membrane calcineurin B-like calcium-ion sensor proteins function in regulating primary root growth and nitrate uptake by affecting global phosphorylation patterns and microdomain protein distribution. New Phytol., 229(4):2223-2237

Ötvös K, Marconi M, Vega A, O’Brien JA, Johnson A, Abualia R, Antonielli L, Montesinos JC, Zhang Y, Tan S-T, Cuesta C, Artner C, Bouguyon E, Gojon A, Friml J, Gutiérrez RA, Wabnik K, Benková E✉ (2021) Modulation of plant root growth by nitrogen source-defined regulation of polar auxin transport. EMBO J., 40(3):e106862

Cortijo S, Bhattarai M, Locke JCW✉, Ahnert SE✉ (2020) Co-expression networks from gene expression variability between genetically identical seedlings can reveal novel regulatory relationships. Front. Plant Sci., 11:599464

Jacquot A, Chaput V, Mauriès A, Li Z, Tillard P, Fizames C, Bonillo P, Bellegarde F, Laugier E, Santoni V, Hem S, Martin A, Gojon A, Schulze W, Lejay L✉ (2020) NRT2.1 C-terminus phosphorylation prevents root high affinity nitrate uptake activity in Arabidopsis thaliana. New Phytol., 228(3):1038-1054

Maghiaoui A, Gojon A, Bach L✉ (2020) NRT1.1-centered nitrate signaling in plants. J. Exp. Bot., 71(20):6226-6237

Vidal EA, Alvarez JM, Araus V, Riveras E, Brooks MD, Krouk G, Ruffel S, Lejay L, Crawford NM, Coruzzi GM, Gutiérrez RA✉ (2020) Nitrate 2020: Thirty years from transport to signaling networks. Plant Cell, 32(7):2094-2119

Maghiaoui A*, Bouguyon E*, Cuesta C, Perrine-Walker F, Alcon C, Krouk G, Benková E, Nacry P, Gojon A, Bach L✉ (2020) The Arabidopsis NRT1.1 transceptor coordinately controls auxin biosynthesis and transport to regulate root branching in response to nitrate. J. Exp. Bot., 71(15):4480-4494

Chaput V, Martin A, Lejay L✉ (2020) Redox metabolism: the hidden player in carbon and nitrogen signaling? J. Exp. Bot., 71(13):3816-3826

Bellegarde F, Maghiaoui A, Boucherez J, Krouk G, Lejay L, Bach L, Gojon A, Martin A✉ (2019) The chromatin factor HNI9 and ELONGATED HYPOCOTYL 5 maintain ROS homeostasis under high nitrogen provision. Plant Physiol., 180(1):582-592

Bellegarde F, Herbert L, Séré D, Caillieux E, Boucherez J, Fizames C, Roudier F, Gojon A, Martin A✉ (2018) Polycomb Repressive Complex 2 attenuates the very high expression of the Arabidopsis gene NRT2.1. Sci. Rep.-UK, 8:7905

Bellegarde F, Gojon A, Martin A✉ (2017) Signals and players in the transcriptional regulation of root responses by local and systemic N signaling in Arabidopsis thaliana. J. Exp. Bot., 68(10):2553-2565

Jacquot A, Li Z, Gojon A, Schulze W, Lejay L✉ (2017) Post-translational regulation of nitrogen transporters in plants and microorganisms. J. Exp. Bot., 68(10):2567-2580

Ruffel S✉, Gojon A✉ (2017) Systemic nutrient signalling: On the road for nitrate. Nat. Plants, 3:17040

Bouguyon E, Perrine-Walker F, Pervent M, Rochette J, Cuesta C, Benková E, Martinière A, Bach L, Krouk G, Gojon A, Nacry P✉ (2016) Nitrate controls root development through post-transcriptional regulation of the NRT1.1/NPF6.3 transporter/sensor. Plant Physiol., 172(2):1237-1248

O’Brien JA, Vega A, Bouguyon E, Krouk G, Gojon A, Coruzzi GM, Gutiérrez RA✉ (2016) Nitrate transport, sensing and responses in plants. Mol. Plant, 9(6):837-856

Bouguyon E, Brun F, Meynard D, Kubeš M, Pervent M, Léran S, Lacombe B, Krouk G, Guiderdoni E, Zažímalová E, Hoyerová K, Nacry P, Gojon A✉ (2015) Multiple mechanisms of nitrate sensing by Arabidopsis nitrate transceptor NRT1.1. Nat. Plants, 1:15015

Alvarez JM, Riveras E, Vidal EA, Gras DE, Contreras-López O, Tamayo KP, Aceituno F, Gómez I, Ruffel S, Lejay L, Jordana X, Gutiérrez RA✉ (2014) Systems approach identifies TGA1 and TGA4 transcription factors as important regulatory components of the nitrate response of Arabidopsis thaliana roots. Plant J., 80(1):1-13

de Jong F, Thodey K, Lejay L, Bevan MW✉ (2014) Glucose elevates NITRATE TRANSPORTER2.1 protein levels and nitrate transport activity independently of its HEXOKINASE1-mediated stimulation of NITRATE TRANSPORTER2.1 expression. Plant Physiol., 164(1):308-320

Ruffel S, Gojon A, Lejay L✉ (2014) Signal interactions in the regulation of root nitrate uptake. J. Exp. Bot., 65(19):5509-5517

Nacry P✉, Bouguyon E, Gojon A (2013) Nitrogen acquisition by roots: physiological and developmental mechanisms ensuring plant adaptation to a fluctuating resource. Plant Soil, 370(1-2):1-29

Laugier E, Bouguyon E, Mauriès A, Tillard P, Gojon A, Lejay L✉ (2012) Regulation of high-affinity nitrate uptake in roots of Arabidopsis depends predominantly on post-transcriptional control of the NRT2.1/NAR2.1 transport system . Plant Physiol., 158(2):1067-1078

Gojon A✉, Krouk G, Perrine-Walker F, Laugier E (2011) Nitrate transceptor(s) in plants. J. Exp. Bot., 62(7):2299-2308

Widiez T*, El Kafafi ES*, Girin T, Berr A, Ruffel S, Krouk G, Vayssières A, Shen WH, Coruzzi GM, Gojon A, Lepetit M✉ (2011) HIGH NITROGEN INSENSITIVE 9 (HNI9)-mediated systemic repression of root NO3 uptake is associated with changes in histone methylation. P. Natl. Acad. Sci. USA, 108(32):13329-13334

Krouk G, Lacombe B, Bielach A, Perrine-Walker F, Malinska K, Mounier E, Hoyerová K, Tillard P, Leon S, Ljung K, Zažímalová E, Benková E, Nacry P, Gojon A✉ (2010) Nitrate-regulated auxin transport by NRT1.1 defines a mechanism for nutrient sensing in plants. Dev. Cell, 18(6):927-937

Gojon A✉, Nacry P✉, Davidian J-C✉ (2009) Root uptake regulation: a central process for NPS homeostasis in plants. Curr. Opin. Plant Biol., 12(3):328-338

Krouk G, Tranchina D, Lejay L, Cruikshank AA, Shasha DE, Coruzzi GM, Gutiérez RA✉ (2009) A systems approach uncovers restrictions for signal interactions regulating genome-wide responses to nutritional cues in Arabidopsis. PloS Comput. Biol., 5:e1000326

Lejay L✉*, Wirth J*, Pervent M, Cross J M-F, Tillard P, Gojon A (2008) Oxidative Pentose Phosphate Pathway-dependent sugar sensing as a mechanism for regulation of root ion transporters by photosynthesis. Plant Physiol., 146(4):2036-2053

Wirth J*, Chopin F*, Santoni V, Viennois G, Tillard P, Krapp A, Lejay L✉, Daniel-Vedele F, Gojon A (2007) Regulation of root nitrate uptake at the NRT2.1 protein level in Arabidopsis thaliana. J. Biol. Chem., 282(32):23541-23552

Remans T, Nacry P✉, Pervent M, Filleur S, Diatloff E, Mounier E, Tillard P, Forde BG, Gojon A (2006) The Arabidopsis NRT1.1 transporter participates in the signaling pathway triggering root colonization of nitrate-rich patches. P. Natl. Acad. Sci. USA, 103(50):19206-19211

Muños S, Cazettes C, Fizames C, Gaymard F, Tillard P, Lepetit M, Lejay L, Gojon A✉ (2004) Transcript profiling in the chl1-5 mutant of Arabidopsis reveals a role of the nitrate transporter NRT1.1 in the regulation of another nitrate transporter, NRT2.1. Plant Cell, 16:2433-2447

Lejay L, Gansel X, Cerezo M, Tillard P, Müller C, Krapp A, von Wirén N, Daniel-Vedele F, Gojon A✉ (2003) Regulation of root ion transporters by photosynthesis: functional importance and relation with hexokinase. Plant Cell, 15:2218-2232

Cerezo M, Tillard P, Filleur S, Muños S, Daniel-Vedele F, Gojon A✉ (2001) Major alterations of the regulation of root NO3- uptake are associated with the mutation of Nrt2.1 and Nrt2.2 genes in Arabidopsis. Plant Physiol., 127(1):262-271

Lejay L, Tillard P, Lepetit M, Olive FD, Filleur S, Daniel-Vedele F, Gojon A✉ (1999) Molecular and functional regulation of two NO3- uptake systems by N- and C-status of Arabidopsis plants. Plant J., 18(5):509-519

Collaborations
  • Nationales
    • Nourollah Ahmadi / Emmanuel Guiderdoni, UMR AGAP, Cirad, Montpellier
    • Anne Krapp / Christian Meyer, IJPB, INRA, Versailles
    • François Roudier, UMR RDP, ENS, Lyon
    • Christophe Salon, UMR Agro-écologie, INRA, Dijon
  • Internationales
    • Rodrigo Gutiérrez, Université catholique du Chili
    • Waltraud Schulze, Université Hohenheim, Allemagne
    • Dennis Shasha, New York University, Etats Unis
    • Yi-Fang Tsay, Academia Sinica, Taiwan
    • Eva Zazimalova, Czech Academy of Sciences, République Tchèque
Sources de financement
  • Projet ANR Franco-Taiwanais NITRASENSE (2017-2020)
  • Projet Agropolis Fondation GENERICE (2017-2019)
  • Projet INRA BAP CLIMNUTR (2017-2018)
  • Projet ANR IMANA (2014-2018)
  • Projet ANR blanc Franco-Allemand SIPHON (2014-2017)
  • Projet INRA BAP ACCESS (2014-2015)
  • Projet ANR blanc Franco-Chilien ModelN (2010-2013)
  • Projet Agropolis Fondation RHIZOPOLIS (2010-2013)
Anciens membres

EMBO workshop « Molecular responses of plants facing climate change »

13–17 Juin 2022 | Montpellier, France. Organisateur: Antoine Martin (B&PMP équipe Sirène)

HDR soutenue par Sandra Cortijo

17 juin 2021 – Transcriptional variability: a missing link between the genotype and phenotype?

Thèse soutenue par Valentin Chaput

18 décembre 2020 – Etude des voies de signalisations impliquées dans la régulation des transporteurs de NO3- aux niveaux transcriptionnel et post-traductionnel chez Arabidopsis thaliana

Thèse soutenue par Amel Maghiaoui

17 décembre 2020 – Régulation du développement racinaire par la signalisation nitrate dépendante de NRT1.1 chez Arabidopsis thaliana : Contrôle post-transcriptionnel de NRT1.1 et impact sur la distribution racinaire de l’auxine

Thèse soutenue par David Séré

10 décembre 2020 – Régulations épigénétiques et chromatiniennes contrôlant l’expression des gènes de réponse à la carence en nitrate chez Arabidopsis thaliana

Valentin Chaput, orateur et vulgarisateur

il savait déjà depuis tout petit que le monde des plantes était fait pour lui.

MT180 – Valentin Chaput en finale

Trois minutes. C’est le temps qu’ont eu les doctorants pour présenter le sujet de leurs recherches dans le concours « Ma thèse en 180 secondes » avec, pour seul appui, une diapositive.

MT180 : Valentin Chaput à Paris!

Bravo à Valentin  Chaput (B&PMP, équipe Intégration) pour sa performance au concours « Ma thèse en 180 secondes ». Qualifié pour la demi-finale nationale à Paris!

Si les plantes ne nous nourrissaient plus ?

« Mangez cinq fruits et légumes par jour ». Un slogan qui pourrait bien devenir has been dans les années à venir. En cause ? La dégradation, par la hausse de la concentration du CO2 dans l’atmosphère, de la qualité nutritionnelle des plantes. Un phénomène encore mal compris sur lequel s’apprêtent à plancher les chercheurs du laboratoire montpelliérain de biochimie et physiologie moléculaire des plantes.