Soluilla on paljon tehtäviä, mutta mikään ei ole tärkeämpää kuin proteiinien syntetisointi. Tämän toiminnan resepti on organismin deoksiribonukleiinihapossa, jonka se perii jokaiselta vanhemmalta. Sukupuolisesti lisääntyvien organismien solut sisältävät kaksi sovitettua sarjaa DNA-proteiinipaketteja, kromosomit. Geenit ovat proteiineja koodaavia kromosomisegmenttejä, ja pari vanhempien vastaavaa geeniä, jotka tunnetaan alleeleina, voivat olla vuorovaikutuksessa eri tavoin.
Geenien ilmentyminen
Geenit toimivat templaateina messenger-ribonukleiinihapon (mRNA) synteesissä. Entsyymit transkriptoivat geenitietoja geenin DNA: sta mRNA-säikeisiin, jotka ohjaavat proteiinin synteesiä solun ribosomien kautta. Ihmisillä on 23 kromosomiparia, jotka sisältävät noin 20000 geeniparia, mutta geenit muodostavat vain noin 2 prosenttia kromosomikiinteistöistä. Jokainen parijäsen tai alleeli koodaa enemmän tai vähemmän samaa proteiinia, mutta tarkka koodaus voi olla erilainen ja siten ilmentää proteiinin eri versioita. Jotkut geenit ovat niin mutatoituneita, että niitä ei voida ilmentää proteiineina.
Hallitsevat ja resessiiviset alleelit
Joissakin tapauksissa hallitseva alleeli peittää resessiivisen kumppaninsa ilmeen. Esimerkiksi kasvi voi sisältää geenejä, jotka koodaavat joko punaisia tai valkoisia kukkia. Jos punainen geeni on hallitseva, jälkeläisillä voi olla valkoisia kukkia vain, jos se saa kaksi alleelia valkoisesta väristä. Puna- ja valkoikukkaisten vanhempien risti tuottaa noin 75 prosenttia punakukkaisia jälkeläisiä ja 25 prosenttia valkoisia kukkia. Valkoinen piirre saattaa heijastaa mutaatiota, joka tekee kukasta kykenemättömän tuottamaan pigmenttiä.
Kodominantit ja puolidominanttiset alleelit
Jotkut piirteet heijastavat molempien alleelien yhtä suurta määräävää asemaa parissa. Tässä tilanteessa tuloksena oleva geeniekspressio tai fenotyyppi on kustakin alleelista syntetisoitujen eri proteiinien tuote. Oletetaan, että kasvilajin kukkavärialleelit ovat koodinominantteja. Punakukkaisten ja valkoikukkaisten vanhempien risteytys tuottaa jälkeläisiä täplikkäillä punavalkoisilla kukilla. Jos alleelit olisivat olleet epätäydellisesti dominoivia tai puolidominantteja, jälkeläisillä olisi sekoitettu fenotyyppi, vaaleanpunaiset kukat, koska jälkeläisillä olisi vain yksi annos tuotettavaa proteiinia punainen väri.
Epistaattiset suhteet
Epistasis on kahden tai useamman erilaisen alleeliparin vuorovaikutus, jotka yhdessä vaikuttavat piirteen ilmaisuun. Joskus yksi geeni peittää tai muokkaa useiden geenien ilmentymistä. Esimerkiksi tutkijat ovat tunnistaneet kaksi erilaista geeniä, jotka auttavat määrittämään kanan kamman muodon, ruusukampa- ja herne-kampa-geenin. Jälkeläisten kammat osoittavat sekoitusta neljästä erilaisesta kampaustyylistä, mikä osoittaa, että kaksi alleeliparia on toiminnassa. Epistaattisen ryhmän alleelien väliset suhteet voivat aiheuttaa monia erilaisia fenotyyppejä.