Plant monoterpenoids with structural diversities have extensive applications in food, cosmetics, pharmaceuticals, and biofuels. Due to the strong dependence on the geographical locations and seasonal annual growth of plants, agricultural production for monoterpenoids is less effective. Chemical synthesis is also uneconomic because of its high cost and pollution. Recently, emerging synthetic biology enables engineered microbes to possess great potential for the production of plant monoterpenoids. Both acyclic and cyclic monoterpenoids have been synthesized from fermentative sugars through heterologously reconstructing monoterpenoid biosynthetic pathways in microbes. Acting as catalytic templates, plant monoterpene synthases (MTPSs) take elaborate control of the monoterpenoids production. Most plant MTPSs have broad substrate or product properties, and show functional plasticity. Thus, the substrate selectivity, product outcomes, or enzymatic activities can be achieved by the active site mutations and domain swapping of plant MTPSs. This makes plasticity engineering a promising way to engineer MTPSs for efficient production of natural and non-natural monoterpenoids in microbial cell factories. Here, this review summarizes the key advances in plasticity engineering of plant MTPSs, including the fundamental aspects of functional plasticity, the utilization of natural and non-natural substrates, and the outcomes from product isomers to complexity-divergent monoterpenoids. Furthermore, the applications of plasticity engineering for improving monoterpenoids production in microbes are addressed.

中文翻译：

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植物单萜合酶的可塑性工程及其在微生物生产单萜类化合物中的应用

具有结构多样性的植物单萜在食品、化妆品、药物和生物燃料中具有广泛的应用。由于对地理位置和植物季节性年生长的强烈依赖，单萜类化合物的农业生产效率较低。化学合成也是不经济的，因为其成本高且污染。最近，新兴的合成生物学使工程微生物具有生产植物单萜的巨大潜力。通过异源重建微生物中的单萜生物合成途径，已经从发酵糖合成了无环和环状单萜。作为催化模板，植物单萜合酶 (MTPS) 对单萜类化合物的生产进行精心控制。大多数植物 MTPS 具有广泛的底物或产品特性，并表现出功能可塑性。因此，底物选择性、产物结果或酶活性可以通过植物 MTPS 的活性位点突变和域交换来实现。这使得可塑性工程成为设计 MTPS 以在微生物细胞工厂中有效生产天然和非天然单萜类化合物的有前途的方法。在这里，这篇综述总结了植物 MTPS 可塑性工程的关键进展，包括功能可塑性的基本方面、天然和非天然底物的利用，以及从产物异构体到复杂性不同的单萜类化合物的结果。此外，还讨论了可塑性工程在微生物中提高单萜类化合物产量的应用。或酶活性可以通过植物 MTPS 的活性位点突变和域交换来实现。这使得可塑性工程成为设计 MTPS 以在微生物细胞工厂中有效生产天然和非天然单萜类化合物的有前途的方法。在这里，这篇综述总结了植物 MTPS 可塑性工程的关键进展，包括功能可塑性的基本方面、天然和非天然底物的利用，以及从产物异构体到复杂性不同的单萜类化合物的结果。此外，还讨论了可塑性工程在微生物中提高单萜类化合物产量的应用。或酶活性可以通过植物 MTPS 的活性位点突变和域交换来实现。这使得可塑性工程成为设计 MTPS 以在微生物细胞工厂中有效生产天然和非天然单萜类化合物的有前途的方法。在这里，这篇综述总结了植物 MTPS 可塑性工程的关键进展，包括功能可塑性的基本方面、天然和非天然底物的利用，以及从产物异构体到复杂性不同的单萜类化合物的结果。此外，还讨论了可塑性工程在微生物中提高单萜类化合物产量的应用。这使得可塑性工程成为设计 MTPS 以在微生物细胞工厂中有效生产天然和非天然单萜类化合物的有前途的方法。在这里，这篇综述总结了植物 MTPS 可塑性工程的关键进展，包括功能可塑性的基本方面、天然和非天然底物的利用，以及从产物异构体到复杂性不同的单萜类化合物的结果。此外，还讨论了可塑性工程在微生物中提高单萜类化合物产量的应用。这使得可塑性工程成为设计 MTPS 以在微生物细胞工厂中有效生产天然和非天然单萜类化合物的有前途的方法。在这里，这篇综述总结了植物 MTPS 可塑性工程的关键进展，包括功能可塑性的基本方面、天然和非天然底物的利用，以及从产物异构体到复杂性不同的单萜类化合物的结果。此外，还讨论了可塑性工程在微生物中提高单萜类化合物产量的应用。以及从产物异构体到复杂性不同的单萜类化合物的结果。此外，还讨论了可塑性工程在微生物中提高单萜类化合物产量的应用。以及从产物异构体到复杂性不同的单萜类化合物的结果。此外，还讨论了可塑性工程在微生物中提高单萜类化合物产量的应用。