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Le cellule hanno molte faccende da svolgere, ma nessuna è più importante della sintesi proteica. La ricetta per questa attività risiede nell'acido desossiribonucleico di un organismo, che eredita da ciascun genitore. Le cellule degli organismi a riproduzione sessuale contengono due serie corrispondenti di pacchetti di proteine del DNA, i cromosomi. I geni sono segmenti cromosomici che codificano per le proteine e una coppia di geni corrispondenti dei genitori, noti come alleli, possono interagire in diversi modi.
Espressione genica
I geni fungono da modelli per la sintesi dell'acido ribonucleico messaggero (mRNA). Gli enzimi trascrivono informazioni genetiche dal DNA del gene su filamenti di mRNA che guidano la sintesi proteica effettuata dai ribosomi della cellula. Gli esseri umani hanno 23 coppie di cromosomi che contengono circa 20.000 coppie di geni, ma i geni costituiscono solo circa il 2 percento del patrimonio cromosomico. Ogni membro di coppia, o allele, codifica per più o meno la stessa proteina, ma la codifica esatta può differire e quindi esprimere versioni diverse della proteina. Alcuni geni sono così mutati che non possono essere espressi come proteine.
Alleli dominanti e recessivi
In alcuni casi, un allele dominante maschera l'espressione del suo partner recessivo. Ad esempio, una pianta potrebbe trasportare geni che codificano per fiori rossi o bianchi. Se il gene rosso è dominante, una prole può avere fiori bianchi solo se riceve due alleli per il colore bianco. Una croce di genitori con fiori rossi e bianchi produce circa il 75% di progenie con fiori rossi e il 25% di quelli con fiori bianchi. Il tratto bianco potrebbe riflettere una mutazione che rende il fiore incapace di produrre pigmento.
Alleli codominanti e semidominanti
Alcuni tratti riflettono l'eguale predominanza di entrambi gli alleli in una coppia. In questa situazione, l'espressione genica o fenotipo risultante è il prodotto delle diverse proteine sintetizzate da ciascun allele. Supponiamo che gli alleli di colore del fiore per una specie di piante siano codominanti. Un incrocio tra genitori a fiore rosso e a fiore bianco produrrà la prole con fiori rossi e bianchi maculati. Se gli alleli fossero stati in modo incompleto dominante o semidominante, la prole avrebbe mostrato un fenotipo misto, fiori rosa, perché la prole avrebbe solo una singola dose della proteina che produce il colore rosso.
Rapporti epistatici
L'epistasi è un'interazione tra due o più coppie di alleli diverse che si combinano per influenzare l'espressione di un tratto. A volte, un gene maschera o modifica l'espressione di più geni. Ad esempio, i ricercatori hanno identificato due diversi geni che aiutano a determinare la forma del pettine di un pollo, il gene del pettine rosa e il gene del pettine pisello. I pettini della prole mostrano un mix di quattro diversi stili di pettine, indicando che due coppie di alleli sono al lavoro. Le relazioni tra gli alleli in un gruppo epistatico possono dare origine a molti fenotipi diversi.