Monissa geneettisissä tutkimusohjelmissa yritetään ymmärtää geenejä, jotka myötävaikuttavat tiettyyn biologiseen prosessiin. Tällainen analyysi aloitetaan keräämällä kyseiseen prosessiin keskittyviä mutanttifenotyyppejä. Jos esimerkiksi geneetikko olisi kiinnostunut geeneistä, jotka määrittelevät liikkumista anematodimadossa, geneettinen tutkimus aloitettaisiin eristämällä joukko erilaisia mutantteja, joiden liikkuminen on puutteellista. Tärkeä tehtävä on määrittää, kuinka monta erilaista geeniä edustavat mutaatiot, jotka määrittävät toisiinsa liittyvät fenotyypit, koska tämä määrä määrittelee niiden geenien joukon, jotka vaikuttavat tutkittavaan prosessiin. Näin ollen tarvitaan testi, jolla selvitetään, ovatko mutaatiot yhden geenin vai eri geenien mutaatioita. Laajimmin käytetty allelismitesti on komplementaatiotesti, jota havainnollistetaan seuraavassa esimerkissä.

Tarkastellaan jänönkukkien (Campanula) lajia, jonka villin tyypin kukan väri on sininen. Oletetaan, että olemme mutageenisen säteilyn avulla saaneet aikaan kolme valkeakukkaista mutanttia ja että ne ovat saatavilla homotsygoottisina puhdasrotuisina jalostuskantoina. Voimme kutsua mutanttikantoja nimillä $, £ ja ¥ ja käyttää valuuttasymboleja, jotta ajattelumme dominanssista ei vahingoittuisi. Kun kukin mutantti risteytetään villin tyypin kanssa, saadaan F1- jaF2-kokeissa samat tulokset seuraavasti:

Kussakin tapauksessa tulokset osoittavat, että mutanttitilan määrää yhden geenin resessiivinen alleeli. Ovatko ne kuitenkin yhden geenin kolme alleelia vai kahden tai kolmen geenin alleelit? Kysymykseen voidaan vastata kysymällä, täydentävätkö mutantit toisiaan. ed seuraavasti:

(Yksittäisten mutanttien resessiivisen luonteen osoittaminen on ratkaiseva tulos, joka mahdollistaa komplementaatiotestin suorittamisen. Dominoivia mutaatioita ei voida käyttää komplementaatiokokeessa.)

Diploidisessa organismissa komplementaatiokoe suoritetaan risteyttämällä homotsygoottisia resessiivisiä mutaatioita kaksi kerrallaan. Seuraavaksi havainnoidaan, onko jälkeläisillä villin tyypin fenotyyppi.

Tällöin kaksi mutaatiota yhdistetään haploideina sukusoluina muodostaen yhdessä solussa (zygootti) diploidin ytimen. Jos resessiiviset mutaatiot edustavat saman geenin alleeleja, ne eivät komplementoi, koska molemmat mutaatiot edustavat geenin menetettyä toimintaa. Tällaisia alleeleja voidaan yleisesti ajatella a′:nä ja a′:nä, kun käytetään alkukirjaimia erottamaan toisistaan kaksi erilaista mutaatioalleelia geenistä, jonka luonnollinen alleeli on a+. Näillä alleeleilla voi olla eri mutaatiokohdat, mutta ne ovat toiminnallisesti identtisiä (eli molemmat ovat toimimattomia). Heterotsygootti a′/a′ olisi:

Kahdella resessiivisellä mutaatiolla eri geeneissä olisi kuitenkin villiintynyt toiminto, jonka tarjoaisivat vastaavat villiintyneen tyypin alleelit. Tällöin voimme nimetä geenitesa1 ja a2 niiden mutanttialleelien mukaan. Voimme esittää heterotsygootit seuraavasti riippuen siitä, ovatko geenit samoilla vai eri kromosomeilla:

Palaamme jäniksenkello-esimerkkiin ja risteytämme mutantit keskenään yhdistäen mutanttialleelit komplementaation testaamiseksi. Voimme olettaa, että mutanttien $, £ ja ¥ risteyttämisen tulokset ovat seuraavat:

Tästä tulosjoukosta voimme päätellä, että mutanttien $ ja £ täytyy johtua yhden geenin (vaikkapa w1) alleeleista, koska ne eivät komplementoidu; mutta ¥ täytyy johtua toisen geenin (w2) mutanttialleelista.

Tällaisten tulosten molekulaarinen selitys liittyy usein solun biokemiallisiin polkuihin. Miten komplementaatio toimii molekyylitasolla? Vaikka tavallisesti sanotaan, että mutantit komplementoivat, itse asiassa komplementaation aktiiviset aineet ovat villityyppisten alleelien tuottamia proteiineja. Kukan normaali sininen väri johtuu sinisestä pigmentistä, jota kutsutaan antosyaniiniksi. Pigmentit ovat kemikaaleja, jotka absorboivat tiettyjä osia näkyvästä spektristä; jänönkellossa antosyaani absorboi kaikki aallonpituudet paitsi sinisen, joka heijastuu havaitsijan silmään. Tämä antosyaani on kuitenkin valmistettu kemiallisista esiasteista, jotka eivät ole pigmenttejä; toisin sanoen ne eivät absorboi minkään tietyn aallonpituuden valoa, vaan yksinkertaisesti heijastavat auringon valkoisen valon takaisin havaitsijalle, jolloin se näyttää valkoiselta. Sininen pigmentti on muiden kuin pigmenttien biokemiallisten muunnosten lopputuote. Jokaista vaihetta katalysoi tietty entsyymi, jota koodaa tietty geeni. Voimme sovittaa tulokset polkuun seuraavasti:

Mutaatio jommassakummassa geenissä homotsygoottisessa tilassa johtaa esiasteen kertymiseen, joka yksinkertaisesti tekee kasvista valkoisen. Nyt mutaatiomerkinnät voitaisiin kirjoittaa seuraavasti:

Käytännössä kuitenkin jätettäisiin alaviivamerkit pois ja genotyypitkirjoitettaisiin seuraavasti:

Siten $ × £:n F1 on:

jolla on kaksi viallista alleelia w1:n osalta ja joka on siten estynyt vaiheessa 1. Vaikka entsyymi 2 on täysin toimintakykyinen, sillä ei ole substraattia, johon se voisi vaikuttaa, joten sinistä pigmenttiä ei synny ja fenotyyppi on valkoinen.

Toisista risteytyksistä saaduilla F1-yksilöillä on kuitenkin molempien entsyymien villityyppiset alleelit, joita tarvitaan interkonversioiden suorittamiseen siniseksi lopputuotteeksi.Niiden genotyypit ovat:

Siten näemme syyn siihen, miksi komplementaatio on itse asiassa seurausta molempien geenien villityyppisten alleelien yhteistoiminnasta. Kuvassa 4-1 on yhteenvetokaavio komplementoivien ja ei-komplementoivien valkoisten mutanttien vuorovaikutuksesta.

Haploidisessa organismissa komplementaatiotestiä ei voida tehdä risteyttämällä.Sienissä vaihtoehtoinen tapa testata komplementaatiota on tehdä heterokaryoni (kuva 4-2). Sienisolut fuusioituvat helposti, ja kun kaksi eri kantaa fuusioituu, eri kantojen haploidit ytimet sijaitsevat yhdessä solussa, jota kutsutaan heterokaryoniksi (kreikaksi; eri ytimet). Heterokaryonin tumat eivät yleensä fuusioidu. Eräässä mielessä tämä tila on “jäljittelevä” diploidi. Oletetaan, että eri kannoissa on mutaatioita kahdessa eri geenissä, jotka aiheuttavat saman mutanttisen fenotyypin – esimerkiksi arginiinin tarpeen. Voimme kutsua näitä geenejäarg-1:ksi ja arg-2:ksi.Nämä kaksi kantaa, joiden genotyypit voidaan esittää muodossaarg-1 – arg-2+jaarg-1+ – arg-2, voivat fuusioitua muodostaen heterokaryonin, jossa molemmat ytimet ovat yhteisessä sytoplasmassa:

Koska geeniekspressio tapahtuu yhteisessä sytoplasmassa, kaksi villityyppistä alleeliavoivat käyttää dominoivaa vaikutustaan ja tuottaa yhteistyössä villityyppisen heterokaryonin. Toisin sanoen nämä kaksi mutaatiota täydentävät toisiaan, aivan kuten adiploidissa. Jos mutaatiot olisivat olleet saman geenin alleeleita, komplementoitumista ei olisi tapahtunut.

Kun kaksi toisistaan riippumatonta resessiivistä mutaatioalleelia, jotka tuottavat samankaltaisia resessiivisiä fenotyyppejä, eivät komplementoidu, alleelien on täytynyt kuulua samaan geeniin.