Celulele au multe treburi de executat, dar niciuna nu este mai importantă decât sintetizarea proteinelor. Rețeta acestei activități se află în acidul dezoxiribonucleic al unui organism, pe care îl moștenește de la fiecare părinte. Celulele organismelor care se reproduc sexual conțin două seturi potrivite de pachete ADN-proteine, cromozomii. Genele sunt segmente de cromozomi care codifică proteinele, iar o pereche de gene potrivite de la părinți, cunoscute sub numele de alele, pot interacționa în moduri diferite.
Expresia genelor
Genele acționează ca șabloane pentru sinteza acidului ribonucleic mesager (ARNm). Enzimele transcriu informațiile genetice din ADN-ul genei pe catene de ARNm care conduc sinteza proteinelor efectuată de ribozomii celulei. Oamenii au 23 de perechi de cromozomi care conțin aproximativ 20.000 de perechi de gene, dar genele reprezintă doar aproximativ 2% din imobilele cromozomiale. Fiecare membru de pereche sau alelă codifică mai mult sau mai puțin aceeași proteină, dar codarea exactă poate diferi și, prin urmare, exprimă diferite versiuni ale proteinei. Unele gene sunt atât de mutate încât nu pot fi exprimate ca proteine.
Alele dominante și recesive
În unele cazuri, o alelă dominantă maschează expresia partenerului său recesiv. De exemplu, o plantă ar putea avea gene care codifică fie florile roșii, fie cele albe. Dacă gena roșie este dominantă, atunci o descendență poate avea flori albe numai dacă primește două alele pentru culoarea albă. O cruce de părinți cu flori roșii și albe produce aproximativ 75 la sută descendenți cu flori roșii și 25 la sută flori albe. Trăsătura albă ar putea reflecta o mutație care face ca floarea să fie incapabilă să producă pigment.
Alele codominante și semidominante
Unele trăsături reflectă dominanța egală a ambelor alele într-o pereche. În această situație, expresia genică rezultată, sau fenotipul, este produsul diferitelor proteine sintetizate din fiecare alelă. Să presupunem că alelele de culoare ale florilor pentru o specie de plante sunt codominante. O încrucișare între părinții cu flori roșii și cei cu flori albe va produce urmași cu flori roșii și albe pete. Dacă alelele ar fi fost incomplet dominante sau semidominante, descendenții ar prezenta un amestec fenotip, flori roz, deoarece descendenții ar avea doar o singură doză de proteină care produce culoare rosie.
Relații epistatice
Epistaza este o interacțiune între două sau mai multe perechi de alele diferite care se combină pentru a influența expresia unei trăsături. Uneori, o genă maschează sau modifică expresia mai multor gene. De exemplu, cercetătorii au identificat două gene diferite care ajută la determinarea formei unui pieptene de pui, gena de pieptene de trandafir și gena de pieptene de mazăre. Fagurii de descendenți prezintă un amestec de patru stiluri de pieptene diferite, indicând două perechi de alele care funcționează. Relațiile dintre alele dintr-un grup epistatic pot da naștere la multe fenotipuri diferite.