Gli esperimenti effettuati dal W. Johannsen con le linee pure del Phaseolus vulgaris hanno permesso la distinzione fra il genotipo e gli effetti dei fattori ambientali sul genotipo, che assieme generano il fenotipo specifico di un organismo.
Johannsen ha fatto il primo esperimento per analizzare quale era la base genetica dei caratteri quantitativi. Il relativo esperimento è basato sulla teoria delle linee pure. Supponiamo una pianta che si riproduca per auto-fecondazione e consideriamo un unico gene mendeliano con due alleli (che cioè esiste in due forme).
Partiamo da un individuo eterozigote. Nella prima generazione dei discendenti, solo la metà degli individui è eterozigote; nella seconda generazione gli omozigoti discendenti hanno soltanto progenie omozigote e soltanto la metà dei discendenti è eterozigote. Quindi la frequenza degli eterozigoti nei discendenti totali è la metà della metà, cioè la quarta parte.
Dopo n generazioni di auto-fecondazione, la frequenza degli eterozigoti sarà:
e la frequenza degli omozigoti di conseguenza sarà
Per questo motivo le specie di piante, che si riproducono tramite auto-fecondazione, tendono a formare linee pure, cioè popolazioni di omozigoti. Per gli esperimenti sul fagiolo comume (Phaseolus vulgaris), il carattere che ha analizzato era il peso del seme, un carattere con una ripartizione di frequenza di tipo normale o gaussiano.
Il primo punto ha consistito della verifica di una serie di linee pure, per mezzo di auto-fecondazione, per 6 generazioni. Le linee pure (omozigoti) hanno avuto una media costante del peso, caratteristica di ogni linea. Johannsen ha dedotto che un valore previsto del carattere esiste e dipende dalla costituzione genetica e che le diverse variazioni devono essere attribuibili all’unico fattore variabile possibile, cioè all’ambiente in cui gli individui sono sviluppati. Per verificare queste ipotesi, Johannsen da ciascuna linea piantò semi di peso diverso. Valutò il peso dei semi prodotti da ciascuna pianta e trovò che il peso medio dei semi prodotti dalle piante di ciascuna linea non era significatamene diverso, anche se era diverso il peso dei semi di partenza.