Sel memiliki banyak tugas untuk dilakukan, tetapi tidak ada yang lebih penting daripada mensintesis protein. Resep untuk aktivitas ini berada dalam asam deoksiribonukleat organisme, yang diwarisi dari setiap orang tua. Sel-sel organisme yang bereproduksi secara seksual mengandung dua set paket DNA-protein yang cocok, yaitu kromosom. Gen adalah segmen kromosom yang mengkode protein, dan sepasang gen yang cocok dari orang tua, yang dikenal sebagai alel, dapat berinteraksi dengan cara yang berbeda.
Ekspresi gen
Gen bertindak sebagai cetakan untuk sintesis messenger ribonucleic acid (mRNA). Enzim mentranskripsikan informasi genetik dari DNA gen ke untaian mRNA yang mendorong sintesis protein yang dilakukan oleh ribosom sel. Manusia memiliki 23 pasang kromosom yang mengandung sekitar 20.000 pasangan gen, tetapi gen hanya membentuk sekitar 2 persen dari real estat kromosom. Setiap anggota pasangan, atau alel, mengkode protein yang kurang lebih sama, tetapi pengkodean yang tepat dapat berbeda dan karenanya mengekspresikan versi protein yang berbeda. Beberapa gen sangat bermutasi sehingga tidak dapat diekspresikan sebagai protein.
Alel Dominan dan Resesif
Dalam beberapa kasus, alel dominan menutupi ekspresi pasangan resesifnya. Misalnya, tanaman mungkin membawa gen yang mengkode bunga merah atau putih. Jika gen merah dominan, maka keturunan dapat memiliki bunga putih hanya jika menerima dua alel untuk warna putih. Persilangan tetua berbunga merah dan putih menghasilkan sekitar 75 persen keturunan berbunga merah dan 25 persen berbunga putih. Sifat putih mungkin mencerminkan mutasi yang membuat bunga tidak mampu menghasilkan pigmen.
Alel Kodominan dan Semidominan
Beberapa sifat mencerminkan dominasi yang sama dari kedua alel dalam pasangan. Dalam situasi ini, ekspresi gen yang dihasilkan, atau fenotipe, adalah produk dari protein berbeda yang disintesis dari setiap alel. Misalkan alel warna bunga untuk suatu spesies tumbuhan adalah kodominan. Persilangan antara tetua berbunga merah dan berbunga putih akan menghasilkan keturunan dengan bunga merah dan putih tutul. Seandainya alel dominan tidak lengkap, atau semidominan, keturunannya akan menunjukkan campuran fenotipe, bunga merah muda, karena keturunannya hanya akan memiliki satu dosis protein yang menghasilkan warna merah.
Hubungan Epistatik
Epistasis adalah interaksi antara dua atau lebih pasangan alel berbeda yang bergabung untuk mempengaruhi ekspresi suatu sifat. Terkadang, satu gen menutupi atau memodifikasi ekspresi beberapa gen. Misalnya, para peneliti telah mengidentifikasi dua gen berbeda yang membantu menentukan bentuk jengger ayam, gen jengger mawar dan gen jengger kacang polong. Sisir keturunan menunjukkan campuran empat gaya sisir yang berbeda, menunjukkan dua pasangan alel sedang bekerja. Hubungan antara alel dalam kelompok epistatik dapat menimbulkan banyak fenotipe yang berbeda.