Många genetiska forskningsprogram genomförs för att försöka förstå vilka gener som bidrar till en viss biologisk process. En sådan analys börjar med en insamling av relaterade mutantfenotyper som är inriktade på just den processen. Om en genetiker till exempel skulle vara intresserad av de gener som bestämmer rörelsen hos en matematodmask, skulle den genetiska dissektionen börja med att isolera en uppsättning olika mutanter med defekt rörelseförmåga. En viktig uppgift är att fastställa hur många olika gener som representeras av de mutationer som bestämmer de relaterade fenotyperna, eftersom detta antal definierar den uppsättning gener som påverkar den process som studeras. Därför är det nödvändigt att ha ett test för att ta reda på om mutationerna äralleler av en gen eller av olika gener. Det allelistest som har det bredaste användningsområdet är komplementeringstestet, vilket illustreras i följande exempel.

Tänk på en art av harebell (Campanula) där den vilda typens blomma är blå. Låt oss anta att vi genom att använda mutagen strålning har framkallat tre mutanter med vita pennor och att de finns tillgängliga som homozygota renodlade avelsstammar. Vi kan kalla mutantstammarna $, £ och ¥ och använda valutasymboler så att vi inte påverkar våra tankar om dominans. Vid korsning med vildtyp ger varje mutant samma resultat i F1 och F2 enligt följande:

I varje fall visar resultaten att mutanttillståndet bestäms av dencessiva allelen av en enda gen. Men är det tre alleler av en gen eller två eller tre gener? Frågan kan besvaras genom att fråga om mutanterna kompletterar varandra. ed enligt följande:

(Påvisandet av den recessiva karaktären hos enskilda mutanter är ett avgörande resultat som gör det möjligt för oss att gå vidare med ett komplementeringstest. Dominanta mutationer kan inte användas i ett komplementeringstest.)

I en diploid organism utförs komplementeringstestet genom att homozygota recessiva mutanter korsas två åt gången. Nästa steg är att observera om avkomman har vildtypsfenotypen.

Detta förenar de två mutationerna som haploida könsceller för att bilda en diploid kärna i en cell (zygoten). Om recessiva mutationer representerar alleler av samma gen kommer de inte att komplettera varandra, eftersom båda mutationerna representerar förlorad genfunktion. Sådana alleler kan i allmänhet betraktas som a′ och a′, genom att man använder primtal för att skilja mellan två olika muterade alleler av en gen vars vilda typallel är a+. Dessa alleler kan ha olika mutantplatser, men de skulle vara funktionellt identiska (dvs. båda är icke-funktionella). Heterozygoten a′/a′ skulle vara:

Däremot skulle två recessiva mutationer i olika gener ha vildtypsfunktion som tillhandahålls av respektive vildtypsallel. Här kan vi namnge genernaesa1 och a2 efter deras muterade alleler. Vi kan representera heterozygoterna på följande sätt, beroende på om generna finns på samma eller olika kromosomer:

Låt oss återgå till exemplet med harebellen och korsa mutanterna för att förena de muterade allelerna för att testa komplementering. Vi kan anta att resultaten av korsningen av mutanterna $, £ och ¥ är följande:

Från denna uppsättning resultat kan vi dra slutsatsen att mutanterna $ och £ måste orsakas av alleler i en gen (låt oss säga w1) eftersom de inte är komplementära, men ¥ måste orsakas av en mutantallel i en annan gen (w2).

Den molekylära förklaringen till sådana resultat har ofta att göra med biokemiska vägar i cellen. Hur fungerar komplementering på molekylär nivå? Även om man brukar säga att det är mutanterna som kompletterar, är de aktiva agenterna vid komplementering i själva verket de proteiner som produceras av de vilda typallelerna. Blommans normala blå färg orsakas av ett blått pigment som kallas antocyanin. Pigment är kemikalier som absorberar vissa delar av det synliga spektrumet. I harebellen absorberar antocyaninet alla våglängder utom blått, som reflekteras i betraktarens öga. Antocyaninet tillverkas dock av kemiska prekursorer som inte är pigment, det vill säga de absorberar inte ljus av någon specifik våglängd och reflekterar helt enkelt tillbaka solens vita ljus till observatören, vilket ger ett vitt utseende. Det blå pigmentet är slutprodukten av en serie biokemiska omvandlingar av icke-pigment. Varje steg katalyseras av ett specifikt enzym som kodas av en specifik gen. Vi kan tillgodose resultaten med en väg enligt följande:

En mutation i någon av generna i homozygot tillstånd kommer att leda till ackumulering av en prekursor som helt enkelt kommer att göra växten vit. Nu skulle mutantbeteckningarna kunna skrivas på följande sätt:

I praktiken skulle dock subscript-symbolerna slopas och genotyperna skrivas på följande sätt:

Därmed blir en F1 från $ × £:

som kommer att ha två defekta alleler för w1 och därför kommer att vara blockerad i steg 1. Även om enzym 2 är fullt fungerande har det inget substrat att agera på, så inget blått pigment kommer att produceras och fenotypen kommer att vara vit.

F1:orna från de andra korsningarna kommer dock att ha vildtypsalleler för båda de enzymer som behövs för att ta interkonverteringarna till den slutliga blå produkten.Deras genotyper kommer att vara:

Därmed ser vi anledningen till att komplementering faktiskt är ett resultat av det kooperativa samspelet mellan vildtypsallelerna av de två generna. Figur 4-1 är ett sammanfattande diagram över interaktionen mellan de komplementerande och icke-komplementerande vita mutanterna.

I en haploid organism kan komplementeringstestet inte utföras genom korsning.I svampar är ett alternativt sätt att testa komplementering att göra en heterokaryon (figur 4-2). Svampceller fusionerar lätt, och när två olika stammar fusionerar upptar de haploida kärnorna från de olika stammarna en cell, som kallas en heterokaryon (grekiska; olika kärnor). Kärnorna i en heterokaryon smälter vanligtvis inte samman. På ett sätt är detta tillstånd en “imiterad” diploid. Anta att det i olika stammar finns mutationer i två olika gener som ger samma muterade fenotyp – t.ex. argininbehov. Vi kan kalla dessa generarg-1 och arg-2. De två stammarna, vars genotyper kan representeras somarg-1 – arg-2+ocharg-1+ – arg-2, kan fusioneras för att bilda en heterokaryon med de två kärnorna i en gemensam cytoplasma:

Då genuttrycket sker i en gemensam cytoplasma kan de två vildtypallelerna utöva sin dominerande effekt och samarbeta för att producera en heterokaryon av vildtypfenotyp. Med andra ord kompletterar de två mutationerna varandra, precis som de skulle göra i adiploid. Om mutationerna hade varit alleler av samma gen skulle det inte ha skett någon komplementering.