Summary Gut microbial diurnal oscillations are important diet-dependent drivers of host circadian rhythms and metabolism that ensure optimal energy balance. Yet, the interplay between diet, microbes, and host factors that sustain intestinal oscillations is complex and poorly understood. Here, we report the host C-type lectin antimicrobial peptide Reg3γ works with key ileal microbes to orchestrate these interactions in a bi-directional manner, independent from the intestinal core circadian clock. High fat diet diminishes physiologically relevant microbial oscillators essential for host metabolic homeostasis, resulting in arrhythmic host Reg3γ expression and increased abundance and oscillation of Reg3γ -independent gut microbes. This illustrates a transkingdom co-evolved biological rhythm involving reciprocating, sensor-effector signals between key host and microbial components that ultimately drive metabolism, but are also heavily influenced by diet. Restoring the gut microbiota’s capacity to sense and transduce dietary signals mediated by specific host factors such as Reg3γ could be harnessed to improve metabolic dysfunction.

Perturbations in the early life gut microbiome are associated with increased risk to complex immune disorder like inflammatory bowel diseases. We previously showed maternal antibiotic-induced gut dysbiosis vertically passed to offspring increases experimental colitis risk in IL-10 gene deficient (IL-10−/−) mice. While this could arise from emergence of pathobionts or loss/lack of essential microbes needed for appropriate immunological education, our findings suggest the latter. A dominant Bacteroides strain absent following antibiotic-induced perturbation was cultivated from murine fecal samples. Addition of this strain into mice with antibiotic-induced dysbiosis significantly promoted immune tolerance and reduced incidence of colitis in IL-10−/− mice, but only if engrafted early in life, and not during adulthood. Thus, key members of the gut microbiome are essential for development of immune tolerance to commensal microbes in early life and their addition in presence of gut dysbiosis during this period can reduce colitis risk in genetically prone hosts.Highlights