Interakcije alela istoga gena

U interakcije alela istoga gena ubrajamo potpunu dominaciju, nepotpunu dominaciju i kodominaciju.

To je najjednostavniji odnos alela istoga gena; heterozigotni genotip (Aa) ima dominantni fenotip kao i dominantni homozigot (AA). Na molekularnoj razini fenotip heterozigota je produkt od 50 % proteina koji nastaje ekspresijom dominantnog (funkcionalnog) alela A što je dovoljno za ekspresiju dominantnog fenotipa.
Dominantno-recesivni odnos alela ponekad nije 100 % precizan, primjerice dominantni alel kod čovjeka uzrokuje bolest kostura, ahondroplaziju. Osobe koje su heterozigoti patuljastog su rasta, kratkih udova, velike glave i ispupčenog čela. Dominantni homozigoti imaju puno abnormalniji fenotip i obično ne prežive djetinjstvo. U navedenom primjeru dvostruka količina dominantnog alela daje puno jači učinak od jednostruke.

Kod nepotpune dominacije heterozigot je fenotipska mješavina (intermedijar) dva homozigotna genotipa. Na molekularnoj razini to znači da 50 % proteina heterozigota, koji je produkt funkcionalnog alela nije dovoljno za stvaranje istog fenotipa homozigotnog genotipa. Primjeri za to su npr. nasljeđivanje boje cvijeta zijevalice (slika 3.1.) i noćurka. Istraživanja nasljeđivanja boje cvijeta zijevalice i noćurka dovela su do ranije spomenute ideje o miješanom nasljeđivanju za koju danas znamo da nije točna. Iako su potomci F1 generacije intermedijari tj. mješavina fenotipskih karakteristika roditelja, roditeljski se fenotipovi ponovno javljaju u F2 generaciji što dokazuje da se aleli ne miješaju u F1 generaciji nego ostaju odvojeni jedan od drugog kao pojedinačne jedinice nasljeđivanja.

Kod kodominantnog odnosa oba alela heterozigotnog genotipa su eksprimirana u fenotipu. Kodominantni odnos pokazuju npr. aleli gena za krvne grupe MN i ABO.
Krvna grupa (fenotip) osobe ovisi o prisutnosti antigenskih supstancija (najčešće su to glikoproteini) na membrani eritrocita.

MN sustav krvnih grupa je pod kontrolom gena L na 4. kromosomu.  Osobe krvne grupe MN imaju na eritrocitima antigene M i N, koji nastaju ekspresijom oba alela heterozigotnog genotipa L^ML^N.

Kod ABO sustava krvnih grupa kodominantni odnos vidljiv je kod osoba krvne grupe AB koje na eritrocitima imaju antigene A i B zbog ekspresije oba alela genotipa I^AI^B.  Gen I nalazi se na 9. kromosomu.

Kod nekih gena, heterozigotni genotip ima prednost za preživljavanje organizma u određenim okolišnim uvjetima što nazivamo selekcijska prednost. Primjerice neki heterozigotni genotip bolje preživljava i razmnožava se u vrlo nepovoljnim okolišnim uvjetima ili je otporan na bolesti. Fenomen da heterozigoti imaju bolji reproduktivni uspjeh od homozigota nazivamo naddominacija (engl. overdominance) ili prednost heterozigota. Dobar je primjer za to alel gena za β-lanac hemoglobina koji uzrokuje bolest srpastu anemiju. Srpasta anemija nastaje zbog mutacije gena za sintezu β-lanca hemoglobina (Hb^A —–> Hb^S).  Kod homozigota Hb^SHb^S zbog stvaranja hemoglobina S dolazi do promjene oblika eritrocita iz diskoidnog u srpasti što ima za posljedicu: uništavanje normalnih eritrocita u jetri i anemiju, a srpaste stanice oslabljenog prijenosa kisika se sljepljuju i začepljuju kapilare i manje krvne žile uzrokujući zastoj cirkulacije i propadanje organskih sustava što može dovesti do fatalnog ishoda.

Kod heterozigota Hb^AHb^S (slika 3.2.a.) dolazi do ekspresije oba alela u fenotipu koji nazivamo svojstvo srpastih stanica (engl. sickle-cell trait) (nije bolest), tako da u uvjetima niske koncentracije kisika u krvi nalazimo eritrocite diskoidnog (Hb^A) i srpastog (Hb^S) oblika. Slika 3.2.b. prikazuje normalne eritrocite osobe genotipa Hb^AHb^A.

Heterozigoti ne obolijevaju od srpaste anemije, a otporni su na malariju jer se uzročnik te bolesti, parazit Plasmodium falciparum ne može razmnožavati u njihovim eritrocitima (slika 3.3.).

To je dvostruka prednost za heterozigota. Naddominacija je najčešće posljedica ekspresije dva različita alela kojom nastaju proteini čija se aminokiselinska sekvencija vrlo malo razlikuje. Tri su objašnjenja zašto dvije proteinske varijante heterozigota daju povoljniji fenotip: 1. u slučaju srpaste anemije heterozigotni genotip ne obolijeva od malarije jer se uzročnik bolesti ne može razmnožavati; 2. drugi aleli u genomu mogu utjecati na otpornost na neke bolesti; i 3. aleli heterozigota daju funkcijski različite forme nekog proteina

Letalni aleli predstavljaju esencijalne gene koji utječu na preživljavanje organizma. Letalne alele ne smatramo oblikom međudjelovanja alela istoga gena, no budući da uzrokuju modificirani fenotipski omjer F2 generacije te utječu na preživljavanje objašnjeni su u ovom poglavlju. 1905. g. Francuski genetičar Lucien Cuénot istraživao je nasljeđivanje boje krzna miševa. Križajući žutog miša (mutacija, Y) sa sivim (y, agouti – divlji tip) u potomstvu je dobio fenotipski omjer 1:1, jer je žuti miš bio heterozigotnog genotipa (Yy). Monohibridnim križanjem  nije dobio očekivani fenotipski omjer 3:1, već modificirani omjer 2 (žuta) : 1 (sivi) (križanje dolje). Razlog je recesivna letalnost gena za žutu boju krzna (YY).

P          Yy             x         Yy

Žuto krzno           Žuto krzno

F1             YY             Yy   Yy                      yy

Fenotip            2 (žuta heterozigota)   :    1 (agouti)

Gen za boju krzna miša je dominantan u fenotipu, a recesivan je u odnosu na letalnost.

Recesivna letalnost: Y  je dominantan alel vidljiv u fenotipu (žuto krzno) i recesivno-letalni alel jer uzrokuje smrt embrija samo kod homozigotnog genotipa (YY). Molekularna analiza mutantnog gena pokazala je da su dva Y-alela (homozigotni genotip) kritična za razvitak embrija. Opisana vrsta letalnosti predstavlja potpunu letalnost jer jedinke ugibaju prije reproduktivne zrelosti i na taj način se letalni alel uklanja iz populacije.

Dominantna letalnost znači da prisutnost samo jednog alela u genotipu uzrokuje smrt jedinke. Primjer je Hungtingtonova bolest, dominantno-autosomna neurodegenerativna bolest kod čovjeka. To je oblik tzv. subletalnosti. Kod heterozigota se bolest ispoljava u zreloj dobi (oko 40.-te godine), a to znači da do letalnosti dolazi najčešće nakon reprodukcije, dakle kada je letalni alel već prenesen na potomstvo.

Uvjetna letalnost je letalnost do koje dolazi samo u određenim okolišnim uvjetima, poput temperaturno-osjetljivih letalnih alela koji samo kod određene temperature izazivaju smrt organizma.

Kada odsustvo nekog proteina izaziva letalni fenotip gen za taj protein je esencijalan za preživljavanje organizma. Neesencijalni geni nisu neophodni za preživljavanje ali mogu biti vrlo korisni za dobro funkcioniranje organizma.