Wiele genetycznych programów badawczych jest podejmowanych, aby spróbować zrozumieć geny, które przyczyniają się do jednego konkretnego procesu biologicznego. Taka analiza rozpoczyna się od zbioru powiązanych zmutowanych fenotypów skupionych na tym konkretnym procesie. Na przykład, gdyby genetyk był zainteresowany genami determinującymi lokomocję u robaków obłych, genetyczna dysekcja rozpoczęłaby się od wyizolowania zestawu różnych mutantów z wadliwą lokomocją. Ważnym zadaniem jest ustalenie, ile różnych genów reprezentowanych jest przez mutacje determinujące pokrewne fenotypy, ponieważ liczba ta określa zestaw genów wpływających na badany proces. Stąd konieczne jest posiadanie testu pozwalającego stwierdzić, czy mutacje są allelami jednego genu, czy różnych genów. Testem allelizmu mającym najszersze zastosowanie jest test komplementarności, który jest zilustrowany w następującym przykładzie.

Rozważmy gatunek dzwonka (Campanula), u którego kolor kwiatu dzikiego jest niebieski. Załóżmy, że stosując promieniowanie mutagenne, wywołaliśmy trzy mutanty o białych płatkach i że są one dostępne jako homozygotyczne czyste szczepy hodowlane. Możemy nazwać te zmutowane szczepy $, £ i ¥, używając symboli walutowych, tak aby nie naruszyć naszego sposobu myślenia o dominacji. Po skrzyżowaniu z dzikim typem, każdy mutant daje takie same wyniki w F1 iF2, jak poniżej:

W każdym przypadku, wyniki pokazują, że stan mutanta jest zdeterminowany przez allel terecesywny pojedynczego genu. Jednak czy są to trzy allele jednego genu, czy dwóch lub trzech genów? Na to pytanie można odpowiedzieć pytając, czy mutanty uzupełniają się nawzajem. ed as follows:

(Wykazanie recesywnego charakteru poszczególnych mutacji jest kluczowym wynikiem, który pozwala nam na przeprowadzenie testu komplementacji. Mutacje dominujące nie mogą być wykorzystane w teście komplementacji.)

W organizmie diploidalnym, test komplementacji jest wykonywany poprzez krzyżowaniehomozygotycznych recesywnych mutantów po dwa na raz. Następnym krokiem jest obserwacja, czy potomstwo ma fenotyp typu dzikiego.

Łączy to dwie mutacje jako haploidalne gamety, tworząc diploidalne jądro w jednej komórce (zygocie). Jeżeli mutacje recesywne reprezentują allele tego samego genu, to nie będą się uzupełniać, ponieważ obie mutacje reprezentują utraconą funkcję genu. O takich allelach można myśleć ogólnie jako o a′ i a′, używając pierwiastków do rozróżnienia dwóch różnych zmutowanych alleli genu, którego łagodnym allelem jest a+. Te allele mogłyby mieć różne zmutowane miejsca, ale byłyby funkcjonalnie identyczne (to znaczy oba niefunkcjonalne). Heterozygota a′/a′ byłaby:

Jednakże dwie recesywne mutacje w różnych genach miałyby funkcję typu dzikiego zapewnioną przez odpowiednie allele typu dzikiego. Tutaj możemy nazwać geny a1 i a2, po ich zmutowanych allelach. Możemy przedstawić heterozygoty w następujący sposób, w zależności od tego, czy geny znajdują się na tych samych czy różnych chromosomach:

Powróćmy do przykładu z zajączkiem i skrzyżujmy mutanty, aby połączyć zmutowane allele w celu sprawdzenia komplementarności. Możemy założyć, że wyniki krzyżowania mutantów $, £, i ¥ są następujące:

Z tego zestawu wyników możemy wywnioskować, że mutanty $ i £ muszą być spowodowane allelami jednego genu (powiedzmy, w1), ponieważ się nie uzupełniają; ale ¥ musi być spowodowane zmutowanym allelem innego genu (w2).

Molekularne wyjaśnienie takich wyników jest często związane z biochemicznymi szlakami w komórce. Jak działa komplementacja na poziomie molekularnym? Chociaż konwencja jest, aby powiedzieć, że to mutanty, które uzupełniają, w rzeczywistości, aktywnych czynników w komplementacji są białka produkowane przez allele typu dzikiego. Normalny niebieski kolor kwiatu jest spowodowany przez niebieski pigment zwany antocyjanem. Pigmenty to związki chemiczne, które pochłaniają pewne części widma widzialnego; w dzwonku zajęczym antocyjanina pochłania wszystkie długości fal z wyjątkiem niebieskiego, który jest odbijany do oka obserwatora. Jednakże ta antocyjanina jest wykonana z prekursorów chemicznych, które nie są pigmentami; to znaczy, że nie pochłaniają światła o żadnej określonej długości fali i po prostu odbijają z powrotem białe światło słoneczne do obserwatora, dając biały wygląd. Niebieski pigment jest produktem końcowym serii biochemicznych konwersji nie-pigmentów. Każdy etap jest katalizowany przez specyficzny enzym kodowany przez specyficzny gen. We can accommodate theresults with a pathway as follows:

A mutation in either of the genes in homozygous condition will lead to theaccumulation of a precursor that will simply make the plant white. Teraz oznaczenia mutacji mogłyby być zapisane następująco:

Jednakże w praktyce symbole indeksowe zostałyby usunięte, a genotypy zapisane następująco:

Więc F1 z $ × £ będzie:

który będzie miał dwa wadliwe allele dla w1 i dlatego będzie zablokowany na etapie 1. Nawet jeśli enzym 2 jest w pełni funkcjonalny, nie ma substratu, na którym mógłby działać, więc żaden niebieski pigment nie będzie produkowany, a fenotyp będzie biały.

F1 z innych krzyżówek, jednakże, będą miały allele typu dzikiego dla obu enzymów potrzebnych do podjęcia interkonwersji do końcowego niebieskiego produktu.Ich genotypy będą następujące:

Wtedy widzimy powód, dla którego komplementacja jest właściwie wynikiem kooperatywnego oddziaływania alleli typu dzikiego obu genów. Rysunek 4-1 jest podsumowującym diagramem interakcji pomiędzy komplementującymi i niekomplementującymi białymi mutantami.

W haploidalnym organizmie, test komplementacji nie może być przeprowadzony przez krzyżowanie.U grzybów, alternatywnym sposobem testowania komplementacji jest stworzenie heterokaryonu (Rysunek 4-2). Komórki grzybów łatwo się łączą, a kiedy łączą się dwa różne szczepy, haploidalne jądra z różnych szczepów zajmują jedną komórkę, którą nazywa się heterokaryonem (z greckiego: różne jądra). Jądra w heterokaryonie na ogół nie łączą się. W pewnym sensie stan ten jest “mimiką” diploidu. Załóżmy, że w różnych szczepach występują mutacje w dwóch różnych genach nadających ten sam zmutowany fenotyp – na przykład zapotrzebowanie na argininę. Możemy nazwać te genyarg-1 i arg-2. Dwa szczepy, których genotypy można przedstawić jakoarg-1 – arg-2+iarg-1+ – arg-2, mogą zostać połączone w heterokaryon z dwoma jądrami we wspólnej cytoplazmie:

Ponieważ ekspresja genów ma miejsce we wspólnej cytoplazmie, dwa allele typu dzikiego mogą wywierać swój dominujący efekt i współpracować w celu wytworzenia heterokaryonu o dzikim typie fenotypu. Innymi słowy, dwie mutacje uzupełniają się, tak jak w adiploidzie. Gdyby mutacje były allelami tego samego genu, nie doszłoby do komplementacji.

.