Sok genetikai kutatási program arra irányul, hogy megpróbálják megérteni azokat a géneket, amelyek hozzájárulnak egy adott biológiai folyamathoz. Az ilyen elemzés az adott folyamatra összpontosító, rokon mutáns fenotípusok összegyűjtésével kezdődik. Például, ha egy genetikus az egypetéjű féreg mozgását meghatározó gének iránt érdeklődne, a genetikai boncolás különböző, hibás mozgással rendelkező mutánsok izolálásával kezdődne. Fontos feladat annak meghatározása, hogy hány különböző gént képviselnek a kapcsolódó fenotípusokat meghatározó mutációk, mert ez a szám határozza meg a vizsgált folyamatot befolyásoló gének halmazát. Ezért szükség van egy olyan tesztre, amellyel kideríthető, hogy a mutációk egy gén vagy különböző gének párhuzamosságai. A legszélesebb körben alkalmazott allelismusteszt a komplementációs teszt, amelyet a következő példa szemléltet.

Tekintsünk egy harangvirágfajt (Campanula), amelyben a vad típusú virág színe kék. Tegyük fel, hogy mutagén sugárzás alkalmazásával három fehér szirmú mutánst idéztünk elő, és ezek homozigóta tisztán tenyészthető törzsekként állnak rendelkezésre. A mutáns törzseket $, £ és ¥ néven nevezhetjük el, devizaszimbólumokat használva, hogy a dominanciával kapcsolatos gondolkodásunkat ne befolyásoljuk. A vad típussal keresztezve mindegyik mutáns ugyanazokat az eredményeket adja az F1 ésF2 törzsben, az alábbiak szerint:

Az eredmények minden esetben azt mutatják, hogy a mutáns állapotot egyetlen gén recesszív allélje határozza meg. Azonban egy gén három alléljáról van szó, vagy két vagy három génről? A kérdés megválaszolható azzal a kérdéssel, hogy a mutánsok kiegészítik-e egymást. ed a következőképpen:

(Az egyes mutánsok recesszív jellegének kimutatása kulcsfontosságú eredmény, amely lehetővé teszi számunkra a komplementációs vizsgálat folytatását. Domináns mutációk nem használhatók fel a komplementációs tesztben.)

Diploid szervezetben a komplementációs tesztet úgy végezzük, hogy két-két homozigóta recesszív mutánst keresztezünk. A következő lépés annak megfigyelése, hogy az utódok rendelkeznek-e a vad típusú fenotípussal.

Ezáltal a két mutáció haploid ivarsejtként egyesül, és egy sejtben (a zigótában) egy diploid sejtmagot alkot. Ha a recesszív mutációk ugyanannak a génnek az alléljait képviselik, akkor nem komplementálódnak, mert mindkét mutáció elveszett génfunkciót képvisel. Az ilyen allélokat általában a′-nek és a′-nek tekinthetjük, prímeket használva egy olyan gén két különböző mutáns alléljának megkülönböztetésére, amelynek vad típusú allélja a+. Ezek az allélok különböző mutáns helyekkel rendelkezhetnek, de funkcionálisan azonosak lennének (azaz mindkettő nem funkcionális). A heterozigóta a′/a′ lenne:

A két különböző génben lévő recesszív mutáció azonban a vad típusú allél által biztosított vad típusú funkcióval rendelkezne. Itt elnevezhetjük a géneketesa1-nek és a2-nek, a mutáns alléljaik után. A heterozigótákat a következőképpen ábrázolhatjuk, attól függően, hogy a gének ugyanazon vagy különböző kromoszómákon vannak:

Visszatérjünk vissza a nyúlharang példához, és keresztezzük a mutánsokat, hogy egyesítsük a mutáns allélokat a komplementáció vizsgálatához. Feltételezhetjük, hogy a $, £ és ¥ mutánsok keresztezésének eredményei a következők:

Ezekből az eredményekből arra következtethetünk, hogy a $ és £ mutánsokat egy gén (mondjuk a w1) alléljai okozhatják, mert nem komplementálódnak; ¥-t viszont egy másik gén (w2) mutáns alléljának kell okoznia.

Az ilyen eredmények molekuláris magyarázata gyakran a sejt biokémiai útvonalaival kapcsolatos. Hogyan működik a komplementáció molekuláris szinten? Bár szokás azt mondani, hogy a mutánsok komplementálnak, valójában a komplementáció aktív ágensei a vad típusú allélok által termelt fehérjék. A virág normál kék színét az antocianin nevű kék pigment okozza. A pigmentek olyan vegyi anyagok, amelyek elnyelik a látható spektrum bizonyos részeit; a harangvirágban az antocianin minden hullámhosszt elnyel, kivéve a kéket, amely a megfigyelő szemébe visszaverődik. Ez az antocianin azonban olyan kémiai prekurzorokból áll, amelyek nem pigmentek, azaz nem nyelik el semmilyen meghatározott hullámhosszúságú fényt, és egyszerűen visszatükrözik a nap fehér fényét a megfigyelő felé, ami fehér színt ad. A kék pigment a nem pigmentek biokémiai átalakulásainak végterméke. Minden egyes lépést egy adott gén által kódolt specifikus enzim katalizál. Az eredményeket a következő útvonalon tudjuk elhelyezni:

Homozigóta állapotban bármelyik gén mutációja egy olyan prekurzor felhalmozódásához vezet, amely egyszerűen fehérré teszi a növényt. Most a mutánsjelöléseket a következőképpen lehetne leírni:

A gyakorlatban azonban az indexjeleket elhagynánk, és a genotípusokat a következőképpen írnánk:

Ezért a $ × £-ból származó F1 lesz:

amelynek két hibás allélje lesz a w1-re, és ezért az 1. lépésben blokkolva lesz. Bár a 2. enzim teljesen működőképes, nincs szubsztrátja, amire hatni tudna, így nem keletkezik kék pigment, és a fenotípus fehér lesz.

A többi keresztezésből származó F1-esek azonban rendelkeznek a vad típusú alléllal mindkét enzimhez, amelyek szükségesek a kék végtermékké történő konverzióhoz.Az ő genotípusaik a következők lesznek:

Azt látjuk tehát, hogy a komplementáció valójában a két gén vad típusú alléljainak kooperatív kölcsönhatásának eredménye. A 4-1. ábra a komplementer és a nem komplementer fehér mutánsok kölcsönhatásának összefoglaló ábrája.

Haploid szervezetben a komplementációs vizsgálat nem végezhető el keresztezéssel.Gombákban a komplementáció vizsgálatának alternatív módja a heterokarion előállítása (4-2. ábra). A gombasejtek könnyen fuzionálnak, és amikor két különböző törzs fuzionál, a különböző törzsek haploid sejtmagjai egy sejtet foglalnak el, amelyet heterokariónnak (görögül: különböző magok) neveznek. A heterokariónban lévő sejtmagok általában nem olvadnak össze. Bizonyos értelemben ez az állapot egy “mimikai” diploid. Tegyük fel, hogy a különböző törzsekben két különböző génben mutációk vannak, amelyek ugyanazt a mutáns fenotípust eredményezik – például argininigényt. Ezeket a géneket nevezhetjükarg-1 és arg-2 géneknek.A két törzs, amelyekgenotípusaarg-1 – arg-2+ésarg-1+ – arg-2 néven ábrázolható, összeolvadhat, hogy heterokariont alkosson, amelynek két sejtmagja közös citoplazmában van:

Mivel a gének kifejeződése közös citoplazmában történik, a két vad típusú allél kifejtheti domináns hatását és együttműködve vad típusú heterokariont hozhat létre. Más szóval, a két mutáció komplementer, akárcsak az adiploidban. Ha a mutációk ugyanannak a génnek az alléljai lettek volna, nem következett volna be komplementáció.

Az alléloknak ugyanabból a génből kell származniuk.