多くの種子植物では，根は胚発生時に1本だけ作られるため（幼根），種の発芽時には1本だけ根（一次根．真正双子葉植物では主根と呼ばれる）が伸長してくる．一方で，種を土にまき数週間育てた後に，土から植物を根ごと引き出してみると多くの根を形成していることに気付く．これは主に，一次根から二次的に発生してきたものである（側根）（図1a図1■シロイヌナズナの側根形成およびTOLS2-RLK7経路による側方抑制）．また，茎や胚軸（胚発生時にすでに形成されている茎）からも二次的に発生する（不定根）．さらに，側根や不定根からも新たな側根が発生することで，高次の分岐構造をもつ根系が形成される⁽¹⁾1) 郷　達明，深城英弘：BSJ Review, 7, 220 (2016).．最近，根が分岐する仕組みに働く新たな低分子ペプチドと受容体のペアがシロイヌナズナで発見されたので，「今日の話題」として紹介する．

図1■シロイヌナズナの側根形成およびTOLS2-RLK7経路による側方抑制

（a）発芽後9日目のシロイヌナズナの主根型根系．（b）側根形成の発生過程の模式図．（c）TOLS2ペプチドとRLK7受容体による側根創始細胞の側方抑制．写真は根における側根創始細胞のマーカーであるDR5マーカー遺伝子（DR5:Luciferase）の発現を示す．白矢じりはDR5活性の高い部位．0時間ではDR5活性の高い部位が2つ隣接しているが，約12時間後には片方だけがDR5活性を強め，もう片方は活性を弱める．TOLS2–RLK7経路はこのような側根創始細胞の側方抑制に働くと考えられる．

側根は，根端の分裂組織から少し離れた部位で，規則的な間隔をもって形成される「側根創始細胞」と呼ばれる数個の細胞に由来して作られる（図1b図1■シロイヌナズナの側根形成およびTOLS2-RLK7経路による側方抑制）．これまでシロイヌナズナを用いた研究から，側根創始細胞は，根端の分裂組織から少し離れた領域に規則的に生じるオーキシン応答が高い部位（プレブランチサイト）から形成されることが知られていた⁽²⁾2) M. A. Moreno-Risueno, J. M. Van Norman, A. Moreno, J. Zhang, S. E. Ahnert & P. N. Benfey: Science, 329, 1306 (2010).．しかし，このプレブランチサイトの細胞群からどのような仕組みで数個の側根創始細胞が生じるのか，その仕組みは不明であった．一方，オーキシンによって側根創始細胞で発現が誘導される転写因子のLBD16には，側根創始細胞の非対称な細胞分裂を誘導して側根形成が開始するのを促進するだけでなく，側根創始細胞の周囲の細胞が別の側根創始細胞になることを抑制する働きがあることが示唆されていたが，その仕組みは最近までわかっていなかった⁽³⁾3) T. Goh, S. Joi, T. Mimura & H. Fukaki: Development, 139, 883 (2012).．そこで，LBD16の下流遺伝子群が探索され，それらの中に低分子分泌型ペプチドをコードするTARGET OF LBD SIXTEEN2（TOLS2）/PAMP-INDUCED SECRETED PEPTIDE-LIKE3（PIPL3）遺伝子（以下，TOLS2遺伝子）が見つかった⁽⁴⁾4) K. Toyokura, T. Goh, H. Shinohara, A. Shinoda, Y. Kondo, Y. Okamoto, T. Uehara, K. Fujimoto, Y. Okushima, Y. Ikeyama et al.: Dev. Cell, 48, 64 (2019).．

TOLS2遺伝子は側根創始細胞や側根原基で主に発現するが，TOLS2を過剰に発現するシロイヌナズナでは，形成される側根創始細胞の数が減少し，側根数も減少した．TOLS2遺伝子は86アミノ酸からなるポリペプチドをコードしており，そのアミノ酸配列から，十数アミノ酸からなるペプチドホルモンをコードすることが予想されたが，TOLS2過剰発現植物から培養液中に分泌される物質のナノ液体クロマトグラフィー／質量分析計（Nano-LC-MS/MS）による解析から，成熟型TOLS2ペプチドの構造が，水酸化プロリンを含む11アミノ酸からなることが明らかとなった．実際に人工合成した成熟型TOLS2ペプチドをシロイヌナズナに添加すると，側根創始細胞の数が減少し，形成される側根数も減少することが確認された．これらの結果から，成熟型TOLS2ペプチドは側根創始細胞の形成を抑制することが明らかとなった⁽⁴⁾4) K. Toyokura, T. Goh, H. Shinohara, A. Shinoda, Y. Kondo, Y. Okamoto, T. Uehara, K. Fujimoto, Y. Okushima, Y. Ikeyama et al.: Dev. Cell, 48, 64 (2019).．

一般に，植物のペプチドホルモンはロイシンリッチリピート型受容体キナーゼ（LRR-RK）群のいずれかによって受容される場合が多い．このグループに属する受容体キナーゼ遺伝子が欠損した複数のシロイヌナズナ変異体のうち，RECEPTOR-LIKE KINASE7（RLK7）受容体に欠損のあるrlk7変異体において，TOLS2ペプチドによる側根形成の抑制が全く起こらなかった．また，生化学的な結合実験によって，TOLS2ペプチドがRLK7タンパク質の細胞外受容ドメイン（ロイシンリッチリピート領域）と結合した．これらの結果から，TOLS2ペプチドの受容体がRLK7であることが判明した．根においてRLK7タンパク質は内鞘（側根創始細胞が生じる細胞層）とその外側に位置する内皮，および皮層で発現するが，側根創始細胞では発現が見られない．おそらく側根創始細胞の周辺の細胞でのみ，側根形成を抑制していると考えられる⁽⁴⁾4) K. Toyokura, T. Goh, H. Shinohara, A. Shinoda, Y. Kondo, Y. Okamoto, T. Uehara, K. Fujimoto, Y. Okushima, Y. Ikeyama et al.: Dev. Cell, 48, 64 (2019).．

では，TOLS2ペプチドを受容できないrlk7変異体や，TOLS2ペプチドを作らない変異体では側根創始細胞がどのように形成されるのであろうか．TOLS2遺伝子とTOLS2ペプチドに類似したペプチドをコードする遺伝子（PIP2）の両方に欠損のあるpip2 tols2二重変異体，およびrlk7変異体では，側根創始細胞の数が多く，また野生型よりも短い間隔で生じていた．さらに，経時的に観察すると，野生型とrlk7変異体のどちらの根においても，側根創始細胞のマーカーであるDR5活性のある部位が2つ近接して生じる場合がときどき観察された．しかし，野生型では片方だけがDR5活性を強め，もう片方の活性を弱めるケースが多いのに対し，rlk7変異体では両方のDR5活性が強い状態を維持する傾向があった．これらの結果からも，TOLS2ペプチドとRLK7受容体が，側根創始細胞を生じる間隔を適切に保つ仕組みに必要であることが示された．以上の解析から，シロイヌナズナはオーキシンに応答してTOLS2ペプチドを側根創始細胞で誘導することで，RLK7受容体を介して近傍における側根創始細胞形成を非細胞自律的に抑制する「側根形成の側方抑制」の仕組みが提唱された⁽⁴⁾4) K. Toyokura, T. Goh, H. Shinohara, A. Shinoda, Y. Kondo, Y. Okamoto, T. Uehara, K. Fujimoto, Y. Okushima, Y. Ikeyama et al.: Dev. Cell, 48, 64 (2019).（図1c図1■シロイヌナズナの側根形成およびTOLS2-RLK7経路による側方抑制）．

今後，どこに側根原基ができるか，その分子機構の全容を明らかにするためには，TOLS2ペプチドのシグナル伝達経路をより詳しく調べるとともに，プレブランチサイトの形成に関わる根端近くのDR5活性の振動の仕組みを明らかにする必要があるだろう．TOLS2ペプチドによる側根創始細胞の側方抑制の仕組みが明らかにされれば，さまざまな植物種における多様な根系構築の仕組みの理解につながり，農業分野において根系構造を制御する技術開発の基盤となることが期待される．