Gregor Mendelin klassisista herne-kasvikokeista lähtien tutkijat, lääkärit ja viljelijät ovat tutkineet, miten ja miksi piirteet vaihtelevat yksittäisten organismien välillä. Mendel osoitti, että valko- ja purppurankukkaisten herneiden risti ei luonut sekoitettua väriä, vaan pikemminkin vain purppuran tai valkoisen kukan jälkeläisiä. Tässä tapauksessa violetti on hallitseva piirre, jota kukan värigeenin violetti-alleeli kontrolloi.
Geenit ja alleelit
Geeni on DNA-jakso, joka koodaa proteiinia. Organismin piirteet määräytyvät suurelta osin yksilön geenien ja tuloksena olevien proteiinien avulla. Geenit vievät tietyt sijainnit pitkiä DNA-molekyylejä pitkin kromosomien sydämessä. Jokaisella organismilajilla on tietty määrä kromosomeja. Seksuaalisesti lisääntyvillä organismeilla on kaksi kromosomisarjaa, yksi joukko kummaltakin vanhemmalta. Esimerkiksi hernekasvilla on 14 kromosomia tai seitsemän paria, mukaan lukien kromosomipari, jossa on geenit, jotka määrittelevät kukan värin. Kromosomiparin vastaavia geenejä kutsutaan alleeleiksi.
Alleelisuhteet
Alleelipari voi olla vuorovaikutuksessa eri tavoin. Hallitseva alleeli peittää resessiivisen alleelin määrittelemät piirteet. Herneen kukkaesimerkissä violetti on hallitseva valkoinen. Hallitseva alleeli ilmentää proteiineja, jotka johtavat violettiin väriin. Nämä proteiinit hallitsevat sisarteen alleelin tuottamia valkoisen kukka-proteiineja. Alleelisuhteet ovat tilannekohtaisia. Esimerkiksi violetti väri voi olla resessiivinen toiselle alleelille, esimerkiksi keltaista väriä koodaavalle. Samanaikaisesti hallitsevilla alleeleilla on sama vaikutus, mikä luo molempien piirteiden ilmaisun. Esimerkiksi, jos violetit ja valkoiset kukat ovat peräisin hallitsevista geeneistä, tuloksena olevilla jälkeläisillä voi olla kukkia, joissa on valkoisia ja violetteja täpliä.
Todennäköisyydet
Hallitsevan ja resessiivisen suhteen olemassaolo alleeliparin välillä voidaan osoittaa jälkeläisten erilaisten ominaisuuksien todennäköisyydellä. Tarkastellaan esimerkiksi purppuranväristä alleelia P kasvissa, joka on ristissä sellaisen kasvin kanssa, jolla on valkoinen kukan väri W. Tuloksena olevilla jälkeläisillä voi olla mikä tahansa kolmesta mahdollisesta alleeliyhdistelmästä: PP, PW ja WW. Vain WW-tehtaalla on valkoisia kukkia, koska W on resessiivinen P: lle. Kolmen yhdistelmän todennäköisyys on vastaavasti 25, 50 ja 25 prosenttia. Siksi mahdollisuudet saada violettikukkaisia jälkeläisiä on 75 prosenttia.
Muut suhteet
Toinen alleelisuhde, epätäydellinen tai puolivalta-asema, eroaa rinnakkaisvalvonnasta. Jos violetit ja valkoiset kukkavärit ovat osittain hallitsevista alleeleista, PW-jälkeläiset olisivat väriltään vaalean violetteja, sekoitus näistä kahdesta ominaisuudesta. Samanaikainen hallitseminen olisi tuottanut täplikkäitä kukkia. Epistasis on vuorovaikutus eri geenien alleelien välillä. Esimerkiksi kasvilajilla voi olla yksi alleelipari väriä varten ja toinen pari värin ilmentämistä varten. Jos kasvilla on kaksi resessiivistä geeniä värin ilmentämiseen, kukan väri on valkoinen, riippumatta siitä, mikä on värialleelien koostumus.