Mnoho genetických výzkumných programů je prováděno ve snaze porozumět genům, které přispívají k určitému biologickému procesu. Taková analýza začíná sběrem příbuzných mutantních fenotypů zaměřených na tento konkrétní proces. Například pokud by se genetik zajímal o geny určující lokomoci u červů, genetická pitva by začala izolací souboru různých mutantů s defektní lokomocí. Důležitým úkolem je určit, kolikrůzných genů je zastoupeno mutacemi, které určují příbuznéfenotypy, protože tento počet definuje soubor genů, které ovlivňují studovaný proces. Proto je nutné mít k dispozici test, který zjistí, zda jsou mutacealelami jednoho genu nebo různých genů. Testem alelismu, který má nejširší uplatnění, je komplementační test, který je ilustrován na následujícím příkladu.

Považte druh zvonku (Campanula), u kterého je barva květu divokého typu modrá. Předpokládejme, že použitím mutagenního záření jsmevyvolali tři mutanty s bílou barvou a že jsou k dispozici jako homozygotníčistokrevné kmeny. Mutantní kmeny můžeme nazvat $, £ a ¥, přičemž použijeme symboly měn, abychom nepředjímali naše úvahy týkající se dominance. Při křížení s divokým typem dává každý mutant stejné výsledky v F1 aF2, a to následovně:

V každém případě výsledky ukazují, že mutantní stav je určen příslušnou alelou jediného genu. Jedná se však o tři alely jednoho genu, nebo o dva či tři geny? Tuto otázku lze zodpovědět otázkou, zda se mutanti vzájemně doplňují. ed takto:

(Prokázání recesivní povahy jednotlivých mutantů je zásadním výsledkem, který nám umožňuje pokračovat v komplementačním testu. Dominantní mutace nelze v komplementačním testu použít.”

V diploidním organismu se komplementační test provádí kříženímhomozygotních recesivních mutantů po dvou. Dalším krokem je pozorování, zdaprogeny mají fenotyp divokého typu.

Tím se obě mutace spojí jako haploidní gamety a vytvoří diploidní jádro v jedné buňce (zygotě). Pokud recesivní mutace představují alely stejného genu, nedojde k jejich doplnění, protože obě mutace představují ztracenou funkci genu. Takovéto alely si lze obecně představit jako a′ a a′, a to pomocí prvočísel k rozlišení dvou různých mutantních alel genu, jehož alela divokého typu je a+. Tyto alely by mohly mít různá mutovaná místa, ale byly by funkčně identické (tj. obě nefunkční). Heterozygot a′/a′ by byl:

Dvě recesivní mutace v různých genech by však měly funkci divokého typuzajišťovanou příslušnými alelami divokého typu. Zde můžeme genya1 a a2 pojmenovat podle jejich mutantních alel. Podle toho, zda se geny nacházejí na stejných nebo různých chromozomech, můžeme heterozygoty znázornit takto:

Vraťme se k příkladu se zajíčkem a zkřižujme mutanty, abychom spojili mutantní alely a otestovali komplementaci. Můžeme předpokládat, že výsledky kříženímutantů $, £ a ¥ jsou následující:

Z této sady výsledků můžeme vyvodit závěr, že mutanty $ a £ musí být způsobeny alelami jednoho genu (řekněme w1), protože se nekomplementují; ale ¥musí být způsobena mutantní alelou jiného genu (w2).

Molekulární vysvětlení takových výsledků je často ve vztahu k biochemickýmcestám v buňce. Jak funguje komplementace na molekulární úrovni? Přestože se konvenčně říká, že jsou to mutanty, které komplementují, ve skutečnosti jsou aktivními činiteli při komplementaci proteiny produkované alelami divokého typu. Normální modrá barva květů je způsobena modrým pigmentem zvaným antokyanin. Pigmenty jsou chemické látky, které pohlcují určité části viditelného spektra; u zvonku antokyanin pohlcuje všechny vlnové délky kromě modré, která se odráží do oka pozorovatele. Tento antokyanin je však vyroben z chemických prekurzorů, které nejsou pigmenty; to znamená, že neabsorbují světlo žádné konkrétní vlnové délky a pouze odrážejí bílé sluneční světlo zpět k pozorovateli, čímž mu dávají bílý vzhled. Modrý pigment je konečným produktem řady biochemických přeměn nepigmentů. Každý krok je katalyzován specifickým enzymem kódovaným specifickým genem. Výsledky můžeme pojmout pomocí následující cesty:

Mutace v některém z genů v homozygotním stavu povede k akumulaci prekurzoru, který jednoduše udělá rostlinu bílou. Nyní by bylo možné zapsat označení mutant takto:

V praxi by se však symboly s indexy vypustily a genotypy by se zapsaly takto:

Takže F1 z $ × £ bude:

který bude mít dvě defektní alely pro w1 a bude tedy zablokován v kroku 1. Přestože je enzym 2 plně funkční, nemá žádný substrát, na který by mohl působit, takže se nevytvoří žádný modrý pigment a fenotyp bude bílý.

F1 z ostatních křížení však budou mít alely divokého typu pro oba enzymy potřebné k uskutečnění interkonverze na konečný modrý produkt.Jejich genotypy budou:

Tudíž vidíme důvod, proč je komplementace vlastně výsledkem kooperativníinterakce alel divokého typu obou genů. Obrázek 4-1 je souhrnný diagram interakcekomplementujících a nekomplementujících bílých mutantů.

V haploidním organismu nelze test komplementace provést křížením.U hub je alternativním způsobem testování komplementace vytvoření heterokaryonu (obrázek 4-2). Houbové buňky snadno splývají, a když se spojí dva různé kmeny, haploidní jádra z různých kmenů obsadí jednu buňku, která se nazývá heterokaryon (řecky; různá jádra). Jádra v heterokaryonu zpravidla nesplynou. V jistém smyslu je tento stav “napodobeninou” diploidu. Předpokládejte, že v různých kmenech existují mutace ve dvou různých genech, které propůjčují stejný mutantní fenotyp – například požadavek na arginin. Tyto geny můžeme nazvatarg-1 a arg-2. Oba kmeny, jejichžegenotypy lze znázornit jakoarg-1 – arg-2+aarg-1+ – arg-2, mohou splynout a vytvořit heterokaryon se dvěma jádry ve společné cytoplazmě:

Protože exprese genů probíhá ve společné cytoplazmě, mohou obě alely divokého typu uplatnit svůj dominantní účinek a spolupracovat na vzniku heterokaryonu divokého fenotypu. Jinými slovy, obě mutace se doplňují, stejně jako by tomu bylo u adiploida. Pokud by mutace byly alelami téhož genu, ke komplementaci by nedošlo.

.