Mendel dışı kalıtım, genel bir ifadeyle özelliklerin Mendel’in kurallarıyla uyumlu olarak segregasyon göstermediği herhangi bir kalıtım kalıbı olarak düşünülür. Bu kurallar, nükleustaki kromozomlar üzerinde bulunan tekli genlerle bağlantılı özelliklerin kalıtımını açıklamaktadır. Mantarlar, virüsler ve bakterilerdeki özelliklerin kalıtımı Mendel dışı olsa da, “Mendel dışı kalıtım” ifadesi genellikle sadece ökaryotik üremede oluşan kural dışı durumları açıklamak için kullanılır. Mendel dışı kalıtım pek çok hastalığın oluşum sürecinde rol oynar.

Ekstranükleer Kalıtım (sitoplazmik kalıtım olarak da bilinir) ilk defa 1908’de Carl Correns tarafından keşfedilen bir Mendel dışı kalıtım formudur. Correns, Mirabilis jalapa ile çalışırken yaprak renginin sadece maternal ebeveynin genotipine bağlı olduğunu gözlemiştir. Bu veriye dayanarak, özelliğin ovumun stoplazmasında bulunan bir karakter yoluyla geçiş gösterdiğini belirledi. Ruth Sager ve diğer araştırmacılar tarafından daha sonra yapılan çalışmayla, gözlenen alışılmışın dışındaki kalıtım kalıbından kloroplastta bulunan DNA’nın sorumlu olduğu belirlenmiştir. Mary ve Hershel Mitchell tarafından başlatılan Neurospora crassa küfünde yapılan çalışma mitokondrideki genetik materyalin de keşfine yol açmıştır.

Ekstrasellüler kalıtım olayı, organel DNA’sının aktarımıdır. Hem kromozom hem de mitokondri sadece maternal gametlerin stoplazmalarında mevcuttur. Paternal gametlerin stoplazmik mitokondrisi yoktur. Bu yüzden, kloroplastlar veya mitokondrilerde bulunan genlerle ilgili özelliklerin fenotipi sadece maternal ebeveyn tarafından belirlenir. İnsanlarda ve hayvanlarda, mitokondriyal hastalıklar çoğunluğu kasları ve gözleri etkileyen bir hastalık sınıfıdır.

Mitokondriyal genomdaki mutasyonlar hastalıklara neden olabilirler. Bu durumda fenotip, ilişkili olduğu gen veya genlere, mutasyon tipine, mutasyonun bir dokudaki tüm DNA’ları tutup tutmamasına ya da sadece bir mitokondriyi tutmasına göre değişmektedir. Mitokondriler ve dolayısıyla mitokondriyal kromozomlar çok büyük oranda anneden alınmaktadır ve o nedenle mitokondriyal hastalıklar karakteristik bir kalıtım kalıbı gösterirler. Bu tür kalıtımda hasta anne hastalığı tüm yavrularına aktarabilirken, hasta babanın yavrularında herhangi bir risk söz konusu değildir.

Krossing over ökaryotlarda görülen homolog rekombinasyondur. Gamet hücrelerinde mayoz bölünme esnasında gerçekleşir. Mayoz bölünme ikiye ayrılır; Mayoz I ve mayoz II. Mayoz I profazının pakiten evresinde homolog kromozomlar arasında parça değişimi gerçekleşir. Bu olaya krossing-over denir ve eşeyli üreyen canlılarda çeşitliliğin temelini oluşturur. Bu şekilde oluşan gamet hücrelerinin birleşmesiyle rekombinant bireyler oluşur. Krossing-over sonrasında başlangıçtan farklı özellikte yeni DNA molekülleri ve kromozomlar oluşur. Bu karşılıklı parça değiş tokuşu ile gerçekleşmiştir. Sadece homolog kromozomlar arasında ve rastgele gerçekleşmektedir. Herhangi iki gen lokusu arasında olma olasılığı eşittir.

Hücre döngüsünün interfaz evresinde DNA kendini eşleyerek iki hücreye yetecek kadar çoğaltır. Normalde bir hücrede her kromozom bir kromatidten oluşurken replikasyon sonucu her kromozom iki kromotidli hale gelir. Bu kromotidlere kardeş kromotid denir ve birbirinin tamamen aynısıdır. Bilindiği üzere diploid canlılarda her kromozomun bir homoloğu vardır. Bunların biri anneden, diğeri babadan gelir.

Mayoz bölünmenin leptoten aşamasında Spo11 endonükleazı tarafından çift iplik kırılmaları indüklenir. Zigoten safhasında yanyana uzanan homolog kromotidler birbirine temas eder ve eşleşmiş kromozomların uzunluğu boyunca sinaptonemal kompleks oluşur. Bu yapı kromatitler arasında fermuar gibi bir kapanma ve eşleşme sağlayarak kromotitleri bir arada tutan protein yapıdır. Aynı kromozom üzerinden birden fazla noktada temas bölgesi olabilir ve buna bağlı olarak da rekombinasyon bir kromozom üzerinde farklı noktalarda oluşabilir. Rekombinasyon pakitenin sonunda tamamlanmış olur ve diploten aşamasında sinoptenemal kompleks kaybolur. Homolog kromozomlar birbirinden ayrılır. Krossing-over oluş mekanizmasıyla ilgili farklı görüşler bulunmakla birlikte bu gün kabul gören model, kırılma ve yeniden birleşme modelidir.

Gen dönüşümü de Mendel dışı kalıtımın başlıca formlarından biri olabilir. Gen dönüşümü DNA rekombinasyonunda bir parça DNA sekans bilgisinin, bir DNA heliksinden (değişmeden kalır) sekansı değişen diğer DNA heliksine aktarıldığı DNA’daki onarım işlemidir. Bu, farklı ebeveynlerden alınan DNA zincirleri arasında bir mismatch tamiri olarak meydana gelebilir. Bu yüzden, mismatch tamiri bir alleli diğerine dönüştürebilir. Mismatch, bazlar arasındaki yanlış eşleşmedir.

Genler, Mendel kalıtımında anlatıldığı gibi yavru kuşaklara, bağımsızlık ve segregasyon ilkeleri aracılığı ile geçmektedir. Ancak genlerin tümü bağımsız olarak yavru kuşaklara geçememektedir. Bazı gen çiftleri birbirleriyle bağlanarak yavru kuşağa geçmektedir. Bağlı genler; kalıtımda aynı kromozom üzerinde taşınan genlerdir ve bağlı genlerin rol oynadığı kalıtım şekline de gen bağlılığı denilmektedir.

Genotipinde heterozigot yapıya sahip iki gen çifti taşıyan organizmada söz konusu iki gen arasında gen bağlılığı varsa bu ancak 2 şekilde meydana gelebilmektedir. Birinci seçenekte dominant genler (örneğin; B ve C genleri) kromozomun birinde yer alırken allelleri olan resesif genler (b ve c genleri) diğer kromozom çiftinde taşınırlar. Bu şekilde yerleşmiş olan genlere coupling genler denilmektedir. Diğer seçenekte ise; bir gen çiftinin dominant karakterde olanı ile (örneğin; D geni), diğer genin resesif karakterde (e geni) olanı aynı kromozom üzerinde taşınırken, öteki kromozom çiftinde ise ilk bahsedilen genin resesif alleli (d geni) ile ikinci genin dominant alleli aynı kromozom üzerinde taşınabilirler. Böyle yerleşmiş genlere de trans genler (E geni) adı verilmektedir.

Nicel karakter, boy, ağırlık, verim özellikleri gibi populasyondaki bireyler arasında oldukça farklı değerler alabilen ve ölçümlerle anlaşılabilen karakterler nicel karakterlerdir. Nicel özellikler birden fazla gen çifti tarafından kontrol edilirler. Ancak diğer kalıtım tiplerinden farklı olarak bu genler arasında herhangi bir dominantlık ya da resesiflik durumu bulunmamaktadır. Bu genlerin her biri aynı yönde etki göstermektedirler. Bu allellerin oluşturdukları bu etkiye Toplamalı (Additif) Etki adı verilmektedir. Bu şekilde aynı etkiyi meydana getirmek üzere bulunan genlere Polimer Genler adı verilmektedir. Meydana gelen duruma ise toplamalı etki adı verilmektedir. Aynı zamanda bu durum nicel kalıtım olarak da tanımlanmaktadır.

1. Polimerik kalıtımda yer alan genler toplamalı etkiye sahip olduklarından, bir polimer serisine dahil olan genlerin yaptıkları etkiler eşittir.
2. Polimerik genler arasında dominant-resesif ilişkisi bulunmamaktadır.
3. Polimeride yer alan genler toplamalı etki gösterdiklerinden bu genlerin genotipteki sayıları ne kadar fazla ise fenotip o kadar belirgin olarak görülmektedir.

Bir geni determine eden genlerin her biri homolog kromozomların her birine dağılmış olarak bulunurlar. Bir canlıda allel genlerden yalnızca bir çift bulunabilmektedir. Ancak bir karaktere etki eden birden fazla gen de bulunabilmektedir. Allel sayısının birden fazla olduğu bu duruma çoklu allellik adı verilmektedir.

Polimorfizm çok şekillilik demektir. Polimorfizm çoklu allelliğe bağlı olarak ortaya çıkan bir durumdur. Eğer bir karakterin belirlenmesinde çoklu allellik sözkonusu ise, o karekter açısından fenotipik olarak çok şekillilik yani polimorfizm görülür. Bir karakterin belirlenmesindeki allel gen sayısı ne kadar fazla ise polimorfizm de dolaylı olarak çok fazla olarak ortaya çıkacaktır. Yani varyasyon bu allel gen sayılarına bağlı olarak artacaktır.

Genel olarak bir hayvanın ya da insanın kan dolaşımı sistemine dışarıdan yabancı bir protein verildiğinde hayvanın hücreleri yabancı proteine karşı savaş durumuna geçer ve yabancı proteine karşı bir takım özellikli maddeler sentezler. Hücreler tarafından üretilen bu özellikli maddeye antikor adı verilmektedir. Antikor oluşumuna neden olan yabancı proteine ise antijen adı verilir. Eğer vücuda giren antijen hücre formunda ise organizmada meydana gelen antikor antijen hücrelerini çevreler, yığınlar halinde biraraya getirir. Bu duruma aglutinasyon adı verilmektedir. Aglutinasyon olayındaki antijene aglutinojen, antikora ise aglutinin adı verilmektedir.

Genomik damgalama (imprinting) Mendel dışı kalıtımın diğer bir örneğidir. Klasik kalıtımda olduğu gibi, bir özellik için genler yavru nesile her iki ebeveynden de geçer. Bununla birlikte, aktarımdan önce bu genler, ifadelendirme seviyelerini değiştirerek epigenetik olarak işaretlenirler. Bu durum Mendel’in birinci kanunun dağılma kuralı ile çelişmektedir.

Ökaryotlarda yavru, biri anneden biri de babadan gelen kromozom çiftlerine sahiptir ve bu çiftler homolog kromozomlar adını almaktadır. Uniparental dizomi ise bir çift kromozomun iki üyesinin tümünün veya bir parçasının sadece bir ebeveynden kalıtılmasıdır.

Vücutlarında diğer hücrelerden genetik olarak farklı hücrelere sahip bireylere mozaik denir. Bu farklılıklar gelişmenin farklı dönemlerinde, farklı dokularda oluşan mutasyonlardan kaynaklanabilirler.

Embriyonik gelişim sırasında ortaya çıkan ve morfogenezi etkileyen bir mutasyon, mutasyonun oluştuğu evreye ve kaynaklandığı somatik hücre dizisine bağlı olarak segmental bir anomali olarak karşımıza çıkabilir. Eğer germ hücrelerinin somatik hücrelerden ayrılmasından önce erken bir dönemde oluşursa, hem somatik hücrelerde hem germ hücre dizisinde bulunur ve somatik olarak mozaik şekilde eksprese edilmekten başka, yavrulara da tam şekliyle aktarılabilir hale gelir.

Mozaisizm X-inaktivasyonu olarak bilinen bir olaydan da kaynaklanır. Tüm memeli dişileri iki X kromozomuna sahiptir. Letal gen dozaj problemlerini engellemek için, bu kromozomlardan birisi fertilizasyonu takiben inaktive edilmiştir. Bu işlem organizmanın tüm hücreleri için rastgele yapılır. Bir dişinin iki X kromozomu özellikli allel kalıplarında neredeyse tam olarak farklılık gösterecekleri için, hangi kromozomun sessizleştiğine bağlı olarak farklı hücre fenotipleriyle sonuçlanacaktır.