ABSTRACT The obligate anaerobic, enteric pathogen Clostridioides difficile persists in the intestinal tract by forming antibiotic resistant endospores that contribute to relapsing and recurrent infections. Despite the importance of sporulation for C. difficile pathogenesis, environmental cues, and molecular mechanisms regulating sporulation initiation remain ill defined. Here, using RIL-seq to capture the Hfq-dependent RNA-RNA interactome, we discovered a network of small RNAs that bind to mRNAs encoding sporulation-related genes. We show that two of these small RNAs, SpoX and SpoY, regulate translation of the master regulator of sporulation, Spo0A, in an opposing manner, which ultimately leads to altered sporulation rates. Infection of antibiotic-treated mice with SpoX and SpoY deletion mutants revealed a global effect on gut colonization and intestinal sporulation. Our work uncovers an elaborate RNA-RNA interactome controlling the physiology and virulence of C. difficile and identifies a complex post-transcriptional layer in the regulation of spore formation in this important human pathogen.

ABSTRACT The Gram-positive human pathogen Clostridioides difficile has emerged as the leading cause of antibiotic-associated diarrhea. Despite growing evidence for a role of Hfq in RNA-based gene regulation in C. difficile , little is known about the bacterium’s transcriptome architecture and mechanisms of post-transcriptional control. Here, we have applied a suite of RNA-centric techniques, including transcription start site mapping, transcription termination mapping and Hfq RIP-seq, to generate a single-nucleotide resolution RNA map of C. difficile 630. Our transcriptome annotation provides information about 5’ and 3’ untranslated regions, operon structures and non-coding regulators, including 42 sRNAs. These transcriptome data are accessible via an open-access browser called ‘Clost-Base’. Our results indicate functionality of many conserved riboswitches and predict novel cis -regulatory elements upstream of MDR-type ABC transporters and transcriptional regulators. Recent studies have revealed a role of sRNA-based regulation in several Gram-positive bacteria but their involvement with the RNA-binding protein Hfq remains controversial. Here, sequencing the RNA ligands of Hfq reveals in vivo association of many sRNAs along with hundreds of potential target mRNAs in C. difficile providing evidence for a global role of Hfq in post-transcriptional regulation in a Gram-positive bacterium. Through integration of Hfq-bound transcripts and computational approaches we predict regulated target mRNAs for the novel sRNA AtcS encoding several adhesins and the conserved oligopeptide transporter oppB that influences sporulation initiation in C. difficile . Overall, these findings provide a potential mechanistic explanation for increased biofilm formation and sporulation in an hfq deletion strain and lay the foundation for understanding clostridial ribo regulation with implications for the infection process.

ABSTRACT Paramount to human health, symbiotic bacteria in the gastrointestinal tract rely on the breakdown of complex polysaccharides to thrive in this sugar-deprived environment. Gut Bacteroides are metabolic generalists and deploy dozens of polysaccharide utilization loci (PULs) to forage diverse dietary and host-derived glycans. The expression of the multi-protein PUL complexes is tightly regulated at the transcriptional level. However, how PULs are orchestrated at translational level in response to the fluctuating levels of their cognate substrates is unknown. Here, we identify the RNA-binding protein RbpB and a family of noncoding RNAs as key players in post-transcriptional PUL regulation. Ablation of RbpB in Bacteroides thetaiotaomicron displays compromised colonization in the mouse gut in a host diet-dependent manner. Current dogma holds that individual PULs are regulated by dedicated transcriptional regulators. We demonstrate that RbpB acts as a global RNA binder that directly interacts with several hundred cellular transcripts. This includes a paralogous noncoding RNA family comprised of 14 members, the FopS (family o f p aralogous s RNAs) cluster. Through a series of in - vitro and in - vivo assays, we reveal that FopS sRNAs repress the translation of a SusC-like glycan transporter when substrates are limited—an effect antagonized by RbpB. Together, this study implicates RNA-coordinated metabolic control as an important, yet previously overlooked, factor contributing to the in - vivo fitness of predominant microbiota species in dynamic nutrient landscapes.