Signalisation nitrate et Régulation par l’Environnement (Sirene)
Nom du responsable : Antoine Martin
Directeur de Recherche CNRS
L’équipe SIRENE étudie la régulation de la nutrition et du développement en réponse à l’environnement chez les plantes. Nous mettons particulièrement l’accent sur la régulation du transport racinaire du nitrate et de la plasticité du développement racinaire, ainsi que sur leur interaction avec la photosynthèse.
Nos recherches visent :
(i) À comprendre comment les plantes perçoivent le nitrate non seulement comme un nutriment, mais également comme un signal qui contrôle l’expression des gènes, l’architecture du système racinaire et la plasticité développementale. Nous étudions les mécanismes moléculaires qui régulent les transporteurs de nitrate, notamment les facteurs transcriptionnels et post-transcriptionnels, ainsi que les modifications post-traductionnelles et les voies de signalisation associées, en particulier celles impliquant la régulation redox.
(ii) A étudier les réseaux de régulation et de signalisation qui relient l’absorption d’azote à la photosynthèse, au statut en carbone et à l’augmentation du CO₂ atmosphérique. Dans ce contexte, nous analysons également les voies régulatrices qui contrôlent le développement racinaire et les réponses adaptatives face aux variations de disponibilité des ressources, permettant aux racines d’ajuster leur croissance et leur fonctionnement en fonction des fluctuations des nutriments et de l’environnement.
(iii) A caractériser le rôle de la variabilité interindividuelle dans le développement racinaire et le transport de nitrate. Même des plantes génétiquement identiques peuvent présenter des stratégies de croissance distinctes, et nous explorons comment cette variabilité se met en place et comment elle peut contribuer à l’adaptation des plantes dans des environnements fluctuants.
L’équipe SIRENE utilise des approches intégratives, combinant la génomique fonctionnelle, la physiologie moléculaire, la biologie cellulaire et l’imagerie. Bien qu’Arabidopsis thaliana soit notre principal système modèle, nous travaillons également sur des cultures comme le blé et la tomate afin de répondre à des questions pertinentes pour une agriculture durable et résiliente face aux variations de l’environnement.
Membres de l'équipe
Résultats marquants
- Depuis plus de 15 ans, l’équipe joue un rôle majeur dans la caractérisation fonctionnelle des transporteurs membranaires de nitrate chez A. thaliana (notamment NRT2.1), et dans l’élucidation des mécanismes qui en régulent l’expression et l’activité (régulation par le nitrate, le statut N et la photosynthèse).
Voir : Lejay et al. 1999, Cerezo et al. 2001, Lejay et al. 2003, Wirth et al. 2007, Lejay et al. 2008, Widiez et al. 2011, Laugier et al. 2012, de Jong et al. 2014, Alvarez et al. 2014.
- L’équipe a mis en évidence un mécanisme original de perception du nitrate par les racines, qui repose sur la dualité de fonction de transport/signalisation du transporteur (transcepteur) NRT1.1/NPF6.3. NRT1.1/NPF6.3 gouverne un grand nombre de réponses de la plante au nitrate, notamment celles impliquant la régulation d’autres transporteurs de nitrate et la modulation du développement des racines latérales.
Voir : Muños et al. 2004, Remans et al. 2006, Krouk et al. 2010, Gojon et al. 2011, Bouguyon et al. 2015, Bouguyon et al. 2016.Voir aussi : prix de l’Académie des sciences (Nutrition azotée des plantes : une protéine guide la croissance des racines), communiqué de presse (Les stratégies des plantes pour optimiser l’utilisation des nitrates) et actualité (Détection des ions minéraux par les plantes : du nouveau pour le nitrate et le phosphate).
- L’équipe a organisé la conférence EMBO Nitrogen2016 (3éme Symposium International sur la Nutrition Azotée des Plantes, Août 2016, Montpellier), et a assuré l’édition d’un numéro spécial de la revue Journal of Experimental Botany associé à cette conférence (Special Issue: Nitrogen Nutrition in Plants: Rapid Progress and New Challenges).
Publications significatives
Mozzanino T, Li M, Fizames C, Adamo M, Lejay L, Dubos C, Platre M, Martin A✉ (2026) An intracellular transporter mitigates the CO2-induced decline in iron content in Arabidopsis shoots. Febs Lett., 600(4):481-492 – doi:10.1002/1873-3468.70202
Coroenne C*, Lecuyer C*, Martin A, Cortijo S✉ (2026) Individual variability in plants: From intra- to inter-individual variability and its response to the environment. Curr. Opin. Plant Biol., 89:102833 – doi:10.1016/j.pbi.2025.102833
Dugout N, Martin A, Bach L✉ (2025) The role of glutaredoxins in regulating root function and development in response to environmental changes. Plant Soil, 515:1-22 – doi:10.1007/s11104-025-07593-2
Lecuyer C*, Vettor A*, Fizames C, Javot H, Martin A, Mazouzi M, Montané M-H, Cortijo S✉ (2025) Establishment and maintenance of NRT2.1 inter-individual variability in plants. PLoS Genet.
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Faizi K, Mehta P, Maida A, Humphreys T, Berrigan E, Mckee-Reid L, McCorkell R, Tagade A, Rumbelow J, Showalter J, Brent L, Coroenne C, Rigaud A, Chandrasekhar A, Navlakha S, Martin A, Pradal C, Busch S, Busch W, Platre M✉ (2025) Growth cost and transport efficiency tradeoffs define root system optimization across varying developmental stages and environments in Arabidopsis. bioRxiv – doi:10.1101/2025.07.25.666579
Cassan O, Pimparé L-L, Mozzanino T, Fizames C, Devidal S, Roux F, Milcu A, Lèbre S, Gojon A, Martin A✉ (2024) Natural genetic variation underlying the negative effect of elevated CO2 on ionome composition in Arabidopsis thaliana. eLife , 23(12):RP90170 – doi:10.7554/eLife.90170.3
Cassan O, Pimparé L-L, Dubos C, Gojon A, Bach L, Lèbre S, Martin A✉ (2023) A gene regulatory network in Arabidopsis roots reveals features and regulators of the plant response to elevated CO2. New Phytol., 239(3):992-1004 – doi:10.1111/nph.18788
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Bäurle I✉, Laplaze L✉, Martin A✉ (2023) Preparing for an uncertain future: molecular responses of plants facing climate change. J. Exp. Bot., 74(5):1297-1302 – doi:10.1093/jxb/erac493
Hirt H✉, Al-Babili S, Almeida-Trapp M, Martin A, Aranda M, Bartels D, Bennett MJ, Blilou I, Boer D, Boulouis A, Bowler C, Brunel-Muguet S, Chardon F, Colcombet J, Colot V, Daszkowska-Golec A, Dinneny JR, Field B, Froehlich K, Gardener CH, Gojon A, Gomès E, Gómez Álvarez EM, Gutierrez C, Havaux M, Hayes S, Heard E, Hodges M, Alghamdi AK, Laplaze L, Lauersen KJ, Leonhardt N, Johnson X, Jones JDG, Kollist H, Kopriva S, Krapp A, Lopez-Portillo Masson M, McCabe MF, Merendino L, Molina A, Moreno Ramirez JL, Müller-Röber B, Nicolas M, Nir I, Olivas Orduna I, Pardo-Tomás J, Reichheld J-P, Rodriguez Egea PL, Rouached H, Saad MM, Schlögelhofer P, Singh KA, De Smet I, Stanschewski C, Stra A, Tester M, Walshe C, Weber APM, Weigel D, Wigge PA, Wrzaczek M, Wulff B, Young IM (2023) PlantACT! – how to tackle the climate crisis. Trends Plant Sci., 28(5):537-543 – doi:10.1016/j.tplants.2023.01.005
Gojon A, Cassan O, Bach L, Lejay L, Martin A✉ (2023) The decline of plant mineral nutrition under rising CO2: physiological and molecular aspects of a bad deal. Trends Plant Sci., 28(2):185-198 – doi:10.1016/j.tplants.2022.09.002
Séré D, Cassan O, Bellegarde F, Fizames C, Boucherez J, Schivre G, Azevedo J, Lagrange T, Gojon A, Martin A✉ (2022) Loss of Polycomb proteins CLF and LHP1 leads to excessive RNA degradation in Arabidopsis. J. Exp. Bot., 73(16):5400-5413 – doi:10.1093/jxb/erac216
Charoensawan V✉, Cortijo S✉, Domijan M✉, Negrão S✉ (2022) Multi-disciplinary approaches to plant responses to climate change. Front. Plant Sci.
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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 – doi:10.1093/plphys/kiab047
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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 – doi:10.1111/nph.17017
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 – doi:10.3389/fpls.2020.599464
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 – doi:10.1111/nph.16710
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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 – doi:10.1093/jxb/eraa242
Chaput V, Martin A, Lejay L✉ (2020) Redox metabolism: the hidden player in carbon and nitrogen signaling?. J. Exp. Bot., 71(13):3816-3826 – doi:10.1093/jxb/eraa078
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 – doi:10.1104/pp.18.01473
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 – doi:10.1038/s41598-018-26349-w
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 – doi:10.1093/jxb/erx062
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 – doi:10.1093/jxb/erx073
✉ :corresponding
* :equal contribution
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
- I-Site (2026-2027) ROOTRANSNET
Experimental Modelling of the Root System Architecture as an Efficient Transport Network - BAP (2025-2026) ROOTOPO
Study of Durum Wheat Root System Topology under Climate Change Conditions - PTL1 (2025-2028) ARCHIRACER
Study of the adaptative value of the root architectural cost- performance tradeoff in response to climate change conditions - ANR (2024-2028) NIDROROX
Redox Control of Arabidopsis Root Development adaptation to nitrate and water availability - Make Our Planet Great Again 2024
Harnessing natural genetic diversity to identify the bases of beneficial crops to fight climate change - CNRS MITI PRIME (2022-2023) CLIMNET
Supervised Gene Regulatory Network modeling for signal combination and plant response to climate change - CNRS MITI Adaptation du vivant (2022-2023) PROGRESS
Reconstruction of regulatory networks reprogramming under progressive evolution of atmospheric CO2 concentration - ANR (2022-2026) CHROMAVARI
Role of chromatin in regulating gene expression variability in plants - ANR (2022-2026) IMPACT
Impact of NRT2.1 posttranslational regulatory mechanisms on nitrate uptake and sensing - BAP/Occitanie (2022-2025) ClimateReadyCrops
Molecular and genetic basis of the regulation of mineral nutrition by climate change - I-Site (2021-2023) VariPlant
Transcriptional variability: a missing link between the genotype and phenotype? - CNRS 80 PRIME (2020-2023) BREAK
Breaking through the limits of gene regulatory networks inference: Resolution, Information, Dynamics & Analysis - ANR Franco-Taiwanais (2017-2020) NITRASENSE
Integration of physiological and developmental responses of the plant to nitrate: role of the NRT1.1 (NPF6.3/CHL1)-dependent nitrate sensing pathway in determining Nitrogen Use Efficiency - Agropolis Fondation (2017-2019) GENERICE
- INRA BAP (2017-2018) CLIMNUTR
- ANR (2014-2018) IMANA
Identification of key Molecular switches for the Adaptation to Nitrogen Availability in plants - ANR blanc Franco-Allemand (2014-2017) SIPHON
Signaling pathways involved in the phosphorylation of membrane proteins in response to N and C
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