根据自由组合定律，两对性状杂交的F2 出现9:3:3:1的分离比例。但是，两对等位基因的自由组合却不一定会出现9:3:3:1的分离比例。这是由于存在着基因互作（gene interaction），即两对或两对以上独立遗传的基因相互作用，共同决定一种新性状的现象。现已知基因互作主要有以下几大类。
一、互补作用
两种或两种以上的显性基因，共同决定一种性状的发育和表达，缺乏其中的一种显性基因，性状不能表达，这种基因互作的方式称为互补作用（complementary effect）。发生互补作用的基因称为互补基因（complimentary gene）。如香豌豆（Lathyrus oforatus）中有两个白花品种，二者杂交产生的F1 开紫花。F1 植株自交，F2 群体分离为9/16紫花，7/16白花。对照自由组合定律，可知该杂交组合是两对基因的分离。如果紫花涉及的两个显性基因为C和P，就可以确定杂交亲本、F1 和F2 各种类型的基因型。同时也可确定F1测交后代的表型种类和比例（图4-27）。
F1自交情况： P 白花 CCpp × 白花 ccPP
↓
F1 紫花 CcPp
↓
F2 9 紫花（9C-P- ）: 7 白花（3C-pp 3ccP- 1ccpp）
F1测交情况： F1 紫花 CcPp × 白花 ccpp
↓测交
Ft 1 紫花（CcPp）: 3 白花（1Ccpp 1ccPp 1ccpp）
图4-27 香豌豆花色的遗传
上述试验中，F1 和F2的紫花植株表现其野生祖先的性状，这种现象又称为返祖遗传（atavism）。这种野生香豌豆的紫花性状决定于两种显性基因（C和P）的互补。在进化过程中，如果显性基因C突变成隐性基因c，产生了一种白花品种；如果显性基因P突变成隐性基因p，又产生另一种白花品种。当这两个品种杂交后，两对显性基因共同存在，于是出现了祖先的紫花。
实际上，这种互补作用是基因产物的相互作用。针对香豌豆花色的表现可假定它们的代谢途径如图4-28。从图中可看到，在基因C和P同时存在时，两种酶均能产生，代谢过程顺利进行，表现紫花。只要有一个基因突变成隐性纯合体（cc或pp），则缺乏其中一种酶，代谢过程就要中断，表现白花。
基因C 基因P
↓ ↓
酶Ⅰ 酶Ⅱ
前驱物 ——→ 花青素原 ———→ 花青素 →紫花
图4-28 香豌豆花色遗传的本质示意
现已知，互补作用在很多动物和植物中都有发现。如人类的听力正常需40个以上的基因，但其主基因有两个：D和E，它们共存时，听力正常；若其中一个隐性纯合（dd或ee），就表现先天性聋哑。现有一对聋哑症夫妇生了一个听力正常的孩子，推测这对夫妇的基因型。既然孩子听力正常，这个孩子的基因型必是DdEe，父母不可能同时具有dd和ee基因型，只能一个人具有其中的一对隐性基因，因而，这对夫妇的基因型应为D-ee × ddE-。
如果3对或3 对以上独立遗传的基因存在互补时，同样可计算它们子代的基因型、表型的种类和比例。
假定某植物必需有C-c、P-p、R-r 3 种显性基因共同存在时才表现红花，否则为白花。当3显性纯合体和3隐性纯合体杂交后，其结果如图4-29。
F1自交情况： P 红花 CCPPRR × 白花 ccpprr
↓
F1 红花 CcPpRr
↓
F2 27/64 红花（27/64 C-P-R-）
37/64 白花（9/64 C-P- rr 9/64 C-ppR- 9/64 ccP-R- 3/64 C-pprr
3/64 ccP-rr 3/64 ccppR- 1/64 ccpprr）
F1测交情况： F1 红花 CcPpRr × 白花 ccpprr
↓测交
Ft 1/8 红花（CcPpRr）: 7/8 白花（CcPprr CcppCc Ccpprr ccPpRr
ccPrrr ccppRr ccpprr）
图4-29 某植物花色的3对基因互补作用的遗传
