Cellen hebben veel klusjes om uit te voeren, maar geen enkele is belangrijker dan het synthetiseren van eiwitten. Het recept voor deze activiteit bevindt zich in het deoxyribonucleïnezuur van een organisme, dat het van elke ouder erft. De cellen van seksueel voortplantende organismen bevatten twee gematchte sets van DNA-eiwitpakketten, de chromosomen. Genen zijn chromosoomsegmenten die coderen voor eiwitten, en een paar overeenkomende genen van de ouders, ook wel allelen genoemd, kunnen op verschillende manieren communiceren.

Gen-expressie

Genen fungeren als sjablonen voor de synthese van messenger ribonucleïnezuur (mRNA). Enzymen transcriberen genetische informatie van het DNA van het gen naar mRNA-strengen die de eiwitsynthese aansturen die wordt uitgevoerd door de ribosomen van de cel. Mensen hebben 23 paren chromosomen die ongeveer 20.000 genenparen bevatten, maar genen vormen slechts ongeveer 2 procent van het chromosomale onroerend goed. Elk paarlid of allel codeert voor min of meer hetzelfde eiwit, maar de exacte codering kan verschillen en daarom verschillende versies van het eiwit tot expressie brengen. Sommige genen zijn zo gemuteerd dat ze niet als eiwitten kunnen worden uitgedrukt.

Dominante en recessieve allelen

In sommige gevallen maskeert een dominant allel de uitdrukking van zijn recessieve partner. Een plant kan bijvoorbeeld genen dragen die coderen voor rode of witte bloemen. Als het rode gen dominant is, kan een nakomeling alleen witte bloemen hebben als het twee allelen krijgt voor witte kleur. Een kruising van rood- en witbloemige ouders levert ongeveer 75 procent roodbloemige nakomelingen en 25 procent witbloemige nakomelingen op. De witte eigenschap kan een mutatie weerspiegelen die de bloem niet in staat maakt pigment te produceren.

Codominante en semidominante allelen

Sommige kenmerken weerspiegelen de gelijkwaardige dominantie van beide allelen in een paar. In deze situatie is de resulterende genexpressie of fenotype het product van de verschillende eiwitten die uit elk allel worden gesynthetiseerd. Stel dat de bloemkleur-allelen voor een plantensoort codominant zijn. Een kruising tussen roodbloemige en witbloemige ouders zal nakomelingen produceren met gevlekte rode en witte bloemen. Als de allelen onvolledig dominant waren, of semidominant, zouden de nakomelingen een gemengd fenotype, roze bloemen vertonen, omdat de nakomelingen slechts één enkele dosis van het eiwit zouden hebben die rode kleur produceert.

Epistatische relaties

Epistasis is een interactie tussen twee of meer verschillende allelparen die samen de expressie van een eigenschap beïnvloeden. Soms maskeert of wijzigt een gen de expressie van meerdere genen. Onderzoekers hebben bijvoorbeeld twee verschillende genen geïdentificeerd die helpen bij het bepalen van de vorm van een kippenkam, het rozenkam-gen en het erwt-kam-gen. De kammen van nakomelingen vertonen een mix van vier verschillende kamstijlen, wat aangeeft dat er twee allelparen aan het werk zijn. De relaties tussen de allelen in een epistatische groep kunnen aanleiding geven tot veel verschillende fenotypen.