Four transgenic Nicotiana tabacum plants were generated that expressed a murine monoclonal antibody kappa chain, a hybrid immunoglobulin A-G heavy chain, a murine joining chain, and a rabbit secretory component, respectively. Successive sexual crosses between these plants and filial recombinants resulted in plants that expressed all four protein chains simultaneously. These chains were assembled into a functional, high molecular weight secretory immunoglobulin that recognized the native streptococcal antigen I/II cell surface adhesion molecule. In plants, single cells are able to assemble secretory antibodies, whereas two different cell types are required in mammals. Transgenic plants may be suitable for large-scale production of recombinant secretory immunoglobulin A for passive mucosal immunotherapy. Plant cells also possess the requisite mechanisms for assembly and expression of other complex recombinant protein molecules.

Recombinant protein production in microbial systems is well-established, yet half of these experiments have failed in the expression phase. Failures are expected for ‘difficult-to-express’ proteins, but for others, codon bias, mRNA folding, avoidance, and G+C content have been suggested to explain observed levels of protein expression. However, determining which of these is the strongest predictor is still an active area of research. We used an ensemble average of energy model for RNA to show that the accessibility of translation initiation sites outperforms other features in predicting the outcomes of 11,430 experiments of recombinant protein production in Escherichia coli . We developed TIsigner and showed that synonymous codon changes within the first nine codons are sufficient to improve the accessibility of translation initiation sites. Our software produces scores for both input and optimised sequences, so that success/failure can be predicted and prevented by PCR cloning of optimised sequences.