Mange genetiske forskningsprogrammer er iværksat for at forsøge at forstå de gener, der bidrager til en bestemt biologisk proces. En sådan analyse begynder med en samling af beslægtede mutantfænotyper med fokus på den pågældende proces. Hvis en genetiker f.eks. var interesseret i de gener, der bestemmer bevægelsen hos en orme, ville den genetiske dissektion begynde med at isolere et sæt forskellige mutanter med defekt bevægelsesfunktion. En vigtig opgave er at bestemme, hvor mange forskellige gener der er repræsenteret af de mutationer, der bestemmer de beslægtede fænotyper, fordi dette antal definerer det sæt af gener, der påvirker den proces, der skal undersøges. Det er derfor nødvendigt at have en test for at finde ud af, om mutationerne er alleles af ét gen eller af forskellige gener. Den allelistest, der har den bredeste anvendelse, er komplementeringstesten, som illustreres i følgende eksempel.

Tænk på en art af hareklokke (Campanula), hvor den vildtvoksende blomst har en blå farve. Lad os antage, at vi ved anvendelse af mutagen stråling har fremkaldt tre mutanter med hvide blomster, og at de er til rådighed som homozygote, rene avlsstammer. Vi kan kalde mutantstammerne $, £ og ¥, idet vi anvender valutasymboler, så vi ikke forstyrrer vores overvejelser om dominans. Ved krydsning med vildtypen giver hver mutant de samme resultater i F1 og F2 som følger:

I hvert tilfælde viser resultaterne, at mutanttilstanden er bestemt af dercessive allel af et enkelt gen. Men er det tre alleler af ét gen? eller ofte to eller tre gener? Spørgsmålet kan besvares ved at spørge, om mutanterne komplementerer hinanden. ed som følger:

(Påvisningen af den recessive karakter af de enkelte mutanter er et afgørende resultat, som gør det muligt at gå videre med en komplementeringstest. Dominante mutationer kan ikke anvendes i en komplementationsundersøgelse.)

I en diploid organisme udføres komplementationsundersøgelsen ved at krydse homozygote recessive mutanter to ad gangen. Det næste skridt er at observere, om afkommet har wild-type-fænotypen.

Derved forenes de to mutationer som haploide gameter for at danne en diploid kerne i én celle (zygoten). Hvis recessive mutationer repræsenterer alleler af det samme gen, vil de ikke komplementere hinanden, fordi begge mutationer repræsenterer en tabt genfunktion. Sådanne alleler kan generelt opfattes som a′ og a′, idet der anvendes primtal til at skelne mellem to forskellige mutantalleler af et gen, hvisvildtypeallel er a+. Disse alleler kan have forskellige mutantsteder, men de vil være funktionelt identiske (dvs. begge er ikke-funktionelle). Den heterozygote a′/a′ ville være:

Derimod ville to recessive mutationer i forskellige gener have wild-type-funktion, der leveres af de respektive wild-type-alleler. Her kan vi navngive generneesa1 og a2 efter deres mutantalleler. Vi kan repræsentere heterozygoterne på følgende måde, afhængigt af om generne er på samme eller forskellige kromosomer:

Lad os vende tilbage til harebell-eksemplet og krydse mutanterne for at forene mutantallelerne for at teste for komplementation. Vi kan antage, at resultaterne af krydsning af mutanterne $, £ og ¥ er som følger:

Fra dette sæt resultater kan vi konkludere, at mutanterne $ og £ må være forårsaget afalleler af ét gen (f.eks. w1), fordi de ikke komplementerer; men ¥ må være forårsaget af en mutantallel af et andet gen (w2).

Den molekylære forklaring på sådanne resultater er ofte i relation til biokemiskebaner i cellen. Hvordan fungerer komplementering på molekylært niveau? Selv om man sædvanligvis siger, at det er mutanterne, der komplementerer, er det i virkeligheden de aktive stoffer i komplementering de proteiner, der produceres af de vilde typealleler. Blomstens normale blå farve skyldes et blåt pigment, der kaldes anthocyanin. Pigmenter er kemikalier, der absorberer visse dele af det synlige spektrum; i hareklokken absorberer anthocyaninen allebølgelængder undtagen blå, som reflekteres i øjet på observatøren. Denne anthocyanin er imidlertid fremstillet af kemiske forstadier, som ikke er pigmenter; det vil sige, at de ikke absorberer lys af en bestemt bølgelængde og blot reflekterer solens hvide lys tilbage til observatøren, hvilket giver et hvidt udseende. Det blå pigment er slutproduktet af en række biokemiske omdannelser af ikke-pigmenter. Hvert trin er katalyseret af et specifikt enzym, der er kodet af et specifikt gen. Vi kan rumme resultaterne med en vej som følger:

En mutation i et af generne i homozygot tilstand vil føre til ophobning af en forløber, der blot vil gøre planten hvid. Nu kunne mutantbetegnelserne skrives som følger:

I praksis ville man imidlertid droppe subscript-symbolerne, og genotyperne ville blive skrevet som følger:

Heraf vil en F1 fra $ × £ være:

som vil have to defekte alleler for w1 og derfor vil blive blokeret på trin 1. Selv om enzym 2 er fuldt funktionsdygtigt, har det ikke noget substrat at handle på, så der vil ikke blive produceret noget blåt pigment, og fænotypen vil være hvid.

F1’erne fra de andre krydsninger vil imidlertid have wild-type alleler for begge de enzymer, der er nødvendige for at foretage de interkonverteringer til det endelige blå produkt.Deres genotyper vil være:

Dermed ser vi grunden til, at komplementering faktisk er et resultat af den kooperativeinteraktion mellem wild-type allelerne af de to gener. Figur 4-1 er et oversigtsdiagram over samspillet mellem de komplementerende og de ikke-komplementerende hvide mutanter.

I en haploid organisme kan komplementeringstesten ikke udføres ved krydsning.I svampe er en alternativ måde at teste komplementering på at lave en heterokaryon (figur 4-2). Svampeceller fusionerer let, og når to forskellige stammer fusionerer, optager de haploide kerner fra de forskellige stammer én celle, som kaldes en heterokaryon (græsk; forskellige kerner). Kerner i en heterokaryon smelter normalt ikke sammen. I en vis forstand er denne tilstand en “efterligning” af en diploid. Antag, at der i forskellige stammer er mutationer i to forskellige gener, der giver den samme mutantfænotype – f.eks. argininbehov. Vi kan kalde disse generarg-1 og arg-2. De to stammer, hvis genotyper kan repræsenteres somarg-1 – arg-2+ogarg-1+ – arg-2, kan fusioneres for at danne en heterokaryon med de to kerner i et fælles cytoplasma:

Da genekspressionen finder sted i et fælles cytoplasma, kan de to wild-type alleler udøve deres dominerende virkning og samarbejde for at frembringe en heterokaryon af wildtypefænotype. Med andre ord komplementerer de to mutationer hinanden, ligesom de ville gøre det i adiploid. Hvis mutationerne havde været alleler af det samme gen, ville der ikke have været nogen komplementering.