Multe programe de cercetare genetică sunt întreprinse pentru a încerca să înțeleagă genele care contribuie la un anumit proces biologic. O astfel de analiză începe cu o colecție de fenotipuri mutante înrudite centrate pe acel proces particular. De exemplu, dacă un genetician ar fi interesat de genele care determină locomoția la un vierme anematod, disecția genetică ar începe prin izolarea unui set de mutanți diferiți cu locomoție defectuoasă. O sarcină importantă este aceea de a determina câte gene diferite sunt reprezentate de mutațiile care determină fenotipurile înrudite, deoarece acest număr definește setul de gene care afectează procesul studiat. Prin urmare, este necesar un test pentru a afla dacă mutațiile sunt alele unei singure gene sau ale unor gene diferite. Testul de alelism care are cea mai largăaplicație este testul de complementare, care este ilustrat în următorul exemplu.

Considerați o specie de clopoței (Campanula) la care culoarea florii sălbatice este albastră. Să presupunem că, prin aplicarea de radiații mutagene, am indus trei mutanți cu petale albe și că aceștia sunt disponibili ca tulpini de reproducere homozigote pure. Putem numi tulpinile mutante $, £ ș i ¥, folosind simboluri în valută pentru a nu ne prejudicia gândirea în ceea ce priveș te dominanța. Atunci când este încrucișat cu tipul sălbatic, fiecare mutant dă aceleași rezultate în F1 șiF2, după cum urmează:

În fiecare caz, rezultatele arată că starea de mutant este determinată de alelacesivă a unei singure gene. Totuși, sunt trei alele ale unei singure gene? sau de două sau trei gene? La această întrebare se poate răspunde întrebând dacă mutanții se completează unul pe celălalt. ed după cum urmează:

(Demonstrarea naturii recesive a mutanților individuali este un rezultat crucialcare ne permite să procedăm la un test de completare. Mutațiile dominante nu pot fi utilizate într-un test de completare.)

Într-un organism diploid, testul de completare se realizează prin încrucișarea de mutanți homozigoți recesivi, câte doi la rând. Următorul pas este de a observa dacă progenitura are fenotipul de tip sălbatic.

Aceasta unește cele două mutații ca gameți haploizi pentru a forma un nucleu diploid într-o singură celulă (zigotul). Dacă mutațiile recesive reprezintă alele aceleiași gene, atunci ele nu se vor completa, deoarece ambele mutații reprezintă pierderea funcției genei. Astfel de alele pot fi considerate, în general, ca fiind a′ și a′, folosind prime pentru a distinge între două alele mutante diferite ale unei gene a cărei alelă de tip natural este a+. Aceste alele ar putea avea situsuri mutante diferite, dar ar fi identice din punct de vedere funcțional (adică ambele nefuncționale). Heterozigotul a′/a′ ar fi:

Cu toate acestea, două mutații recesive în gene diferite ar avea funcția de tip sălbaticasigurată de respectivele alele de tip sălbatic. Aici putem numi genesa1 și a2, după alelele lor mutante. Putem reprezenta heterozigoții după cum urmează, în funcție de faptul că genele sunt pe aceiași cromozomi sau pe cromozomi diferiți:

Să ne întoarcem la exemplul cu clopoței de iepure și să încrucișăm mutanții pentru a uni alelele mutante pentru a testa dacă sunt completate. Putem presupune că rezultatele încrucișării mutanților $, £ și ¥ sunt următoarele:

Din acest set de rezultate, putem concluziona că mutanții $ și £ trebuie să fie cauzați de alele unei gene (să zicem, w1) deoarece nu se completează; dar ¥trebuie să fie cauzat de o alelă mutantă a unei alte gene (w2).

Explicația moleculară a unor astfel de rezultate este adesea în legătură cu căile biochimice din celulă. Cum funcționează complementarea la nivel molecular? Deși convenția este de a spune că mutanții sunt cei care se completează, de fapt, agenții activi în cadrul completării sunt proteinele produse de alelele de tip natural. Culoarea albastră normală a florii este cauzată de un pigment albastru numit antocianină. Pigmenții sunt substanțe chimice care absorb anumite părți ale spectrului vizibil; la clopoțel, antocianina absoarbe toate lungimile de undă, cu excepția celei albastre, care este reflectată în ochiul observatorului. Cu toate acestea, această antocianină este fabricată din precursori chimici care nu sunt pigmenți, adică nu absorb lumina cu o anumită lungime de undă și reflectă pur și simplu lumina albă a soarelui către observator, dând un aspect alb. Pigmentul albastru este produsul final al unei serii de conversii biochimice ale unor nepigmenți. Fiecare etapă este catalizată de o enzimă specifică codificată de o genă specifică. Putem acomodarezultatele cu o cale după cum urmează:

O mutație în oricare dintre gene în stare homozigotă va duce laacumularea unui precursor care va face pur și simplu ca planta să fie albă. Acum, denumirile mutantelor ar putea fi scrise după cum urmează:

Dar, în practică, se renunță la simbolurile de subscriere și genotipurile se scriu după cum urmează:

În consecință, un F1 din $ × £ va fi:

care va avea două alele defecte pentru w1 și, prin urmare, va fi blocat la pasul 1. Chiar dacă enzima 2 este pe deplin funcțională, nu are nici un substrat asupra căruia să acționeze, astfel că nu se va produce nici un pigment albastru și fenotipul va fi alb.

F1 din celelalte încrucișări, totuși, vor avea alele de tip sălbatic pentru ambele enzime necesare pentru a efectua interconversiile până la produsul albastru final.Genotipurile lor vor fi:

Încât vedem motivul pentru care complementarea este de fapt un rezultat al interacțiunii cooperative a alelelor de tip sălbatic ale celor două gene. Figura 4-1 este o diagramă rezumativă a interacțiunii dintre mutanții albi care se completează și cei care nu se completează.

Într-un organism haploid, testul de complementaritate nu poate fi efectuat prin încrucișare.La ciuperci, o modalitate alternativă de a testa complementaritatea este de a realiza un heterocarion (figura 4-2). Celulele fungice fuzionează cu ușurință și, atunci când două tulpini diferite fuzionează, nucleele haploide din diferitele tulpini ocupă o singură celulă, care se numește heterocariot (în greacă; sâmburi diferiți). În general, nucleele unui heterocariot nu fuzionează. Într-un anumit sens, această condiție este un diploid “mimat”. Să presupunem că, în diferite tulpini, există mutații în două gene diferite care conferă același fenotip mutant – de exemplu, cerința de arginină. Putem numi aceste geneg-1 și arg-2.Cele două tulpini, ale căror genotipuri pot fi reprezentate caarg-1 – arg-2+șiarg-1+ – arg-2, pot fi fuzionate pentru a forma un heterocarion cu cele două nuclee într-o citoplasmă comună:

Pentru că expresia genelor are loc într-o citoplasmă comună, cele două alele de tip sălbatic își pot exercita efectul dominant și pot coopera pentru a produce un heterocariot cu fenotip sălbatic. Cu alte cuvinte, cele două mutații se completează, la fel ca în cazul adiploidelor. Dacă mutațiile ar fi fost alele ale aceleiași gene, nu ar fi existat nici o completare.