Nhiều nghiên cứu đã được tiến hành nhằm xác định nguyên nhân các biến dị dòng soma trong nuôi cấy mô. Bất kỳ một yếu tố nào có khả năng dẫn đến các thay đổi di truyền đều được xem như một nguyên nhân gây ra các biến dị di truyền. Chúng ta có thể gộp những yếu tố này thành 3 nhóm nguyên nhân: sinh lý, di truyền và hóa sinh. Các nguyên nhân chính gây biến dị dòng soma là tính không đồng nhất di truyền của các tế bào soma của mẫu cấy ban đầu và tác động của các yếu tố trong quá trình nuôi cấy in vitro.
3.1. Sự đa dạng di truyền tự nhiên của các tế bào nuôi cấy
Các mẫu cấy có nguồn gốc từ một dòng đơn vô tính, từ hạt hay cây con được xem là đồng nhất về mặt di truyền và khi lấy mẫu có thể có kiểu hình giống nhau. Tuy nhiên, các mẫu cấy này trên thực tế lại bao gồm nhiều loại tế bào khác nhau như tế bào mao mạch, nhu mô và mô vỏ. Những tế bào này có thể có mức đơn bội thể khác nhau hay có sự đa dạng tế bào giữa các loại tế bào trong cùng một mẫu cấy. Sự đa dạng tế bào như thế gọi là đa bội vô tính.
Ngoài ra, nhiều thực vật tồn tại ở dạng thể khảm. Chúng chứa những lớp tế bào hoặc mô bị đột biến. Hiện tượng này đặc biệt phổ biến ở các cây thân gỗ. Các cây ở dạng thể khảm thường có mức độ biến dị di truyền cao khi nuôi cấy in vitro.
3.2. Tác động của các yếu tố trong quá trình nuôi cấy 3.2.1. Phương thức nhân giống in vitro 3.2.1. Phương thức nhân giống in vitro
Các phương thức nhân giống khác nhau sẽ cho tỷ lệ xuất hiện các biến dị vô tính khác nhau. Nếu chồi bất định tái sinh từ một tế bào thì tần số xuất hiện biến dị soma thường lớn hơn rất nhiều so với các chồi được tái sinh từ nhiều tế bào. Các quá trình nuôi cấy callus, huyền phù hoặc protoplast thường có nhiều biến dị soma.
3.2.2. Loại mẫu nuôi cấy
Các loại mẫu cấy khác nhau thường thể hiện mức độ biến dị khác nhau. Các loại mẫu cấy có nguồn gốc từ chồi nách, chồi đỉnh hay mô phân sinh thường có mức độ biến dị thấp hơn khi sử dụng các mẫu cấy có nguồn gốc khác như lá, rễ hay protoplast. Khả năng xảy ra biến dị còn phụ thuộc vào kiểu gene cũng như tuổi cây mẹ. Các dòng già hơn thường tiềm ẩn các biến dị sẵn có ở mức cao hơn các dòng trẻ. Các loài có độ bội thể càng cao và số nhiễm sắc thể càng nhiều thì có tính biến dị càng cao.
Kiểu gen ảnh hưởng lên tần số tái sinh cây và tần số biến dị dòng soma . Sun và cs (1983) khi nghiên cứu khả năng tái sinh ở các thể đa bội của 18 thứ (variety) khác nhau của lúa thì chỉ tái sinh được nhiều dạng bội th ể khác nhau ở thứ indica mà không tái sinh được ở thứ japonica.
Mẫu vật được sử dụng từ nhiều nguồn mô khác nhau như lá , rễ, lóng
(internodes), bầu quả (ovaries) và hoa tự (inflorescenes). Nguồn mẫu vật được xem là rất quan trọng trong việc xuất hiện biến dị dòng soma . Nghiên cứu ở cây phong lữ (geranium) cho thấy các biến dị soma có thể thu được từ cành giâm cuống lá (petiole cuttings) hoặc rễ in vivo, nhưng không thể từ cành giâm của thân (stem cuttings). Cây dứa (Ananas cosmosus) phát triển từ callus của hom giâm (slip), chồi đỉnh và chồi
nách (crown and axillary bud ) cho thấy chỉ có sự biến đổi ở đặc điểm của gai (spine), trong khi các cây phát triển từ callus của quả tụ (syncarp) cho thấy có sự biến dị ở màu lá, gai, lớp sáp (wax) và tán lá (foliage) (Wakasa 1979). Van Harten và cs (1981) quan sát thấy có sự thay đổi hình thái ở 12,3% cây khoai tây tái sinh từ mảnh lá (leaf discs), ngược lại có tới 50,3% các cây biến dị có nguồn gốc từ callus của cuống bông (rachis) và cuống lá . Các tác nhân chọn lọc khác nhau được sử dụng dựa vào các nguồn mẫu vật khác nhau trong nuôi cấy, tạo ra một dãy biến dị dòng soma giữa các cây tái sinh.
3.2.3. Loại và nồng độ chất điều khiển sinh trưởng
Nuôi cấy các mô tế bào dài ngày trong môi trường chứa các auxin mạnh như 2,4-D hoặc 2,4,5-T sẽ gây ra các sai khác trong cây tái sinh.
2,4-D cảm ứng biến dị nhiễm sắc thể ở các cây tái sinh trong nuôi cấy mô của lúa mạch (Deambrogio and Dale 1980) và khoai tây (Shepard 1981) khi hiện diện ở nồng độ cao trong môi trường. Tương tự, các biến dị dòng soma của các loài Nicotiana
cảnh (ornamental nicotiana) thu được từ mẫu lá trên môi trường có cung cấp BAP từ 5-10 mM (Bravo and Evans 1985). Các phytohormone rất cần thiết cho cảm ứng phát sinh cơ quan và phân hóa chồi ; tuy nhiên, nồng độ cao của các chất này không cho phép tái sinh thành cây hoàn chỉnh trong nuôi cấy mô và tỷ lệ phytohormone trong môi trường cần được điều chỉnh cẩn thận trong các hệ thống nuôi cấy nhân giống in vitro
cho các biến dị dòng soma.
3.2.4. Thời gian nuôi cấy và số lần cấy chuyền
Việc nuôi cấy dài ngày trong điều kiện in vitro cũng như tăng số lần cấy chuyền sẽ làm tăng tần số xuất hiện các biến dị soma. Nguyên nhân là do sự thay đổi các kiểu methyl hóa bình thường của DNA genom. Khi quá trình methyl hóa xảy ra trong vùng DNA mã hóa cho một gene hoạt động, nó sẽ làm gene này bất hoạt.
Dạng biến đổi về hóa sinh là dạng thường thấy nhất ở các biến dị trong nuôi cấy mô và rất nhiều biến đổi hóa sinh ít khi được nhận thấy trừ khi tiến hành các kiểm tra cụ thể. Cho đến nay một số biến dị sinh hóa đã được xác định trong các cây trồng khác nhau trong nuôi cấy mô tế bào. C
Các ví dụ về biến dị hóa sinh bao gồm những thay đổi trong đồng hóa carbon dẫn đến mất khả năng quang hợp, sinh tổng hợp tinh bột, tổng hợp caroten, đồng hóa nitrogen và sự kháng các kháng sinh…