Pre-breeding tools: bridging conservation, utilization and valorization of food legumes

Plant genetic resources (PGR) are crucial for ensuring global food security, biodiversity conservation, and sustainable agricultural development. These resources serve as the foundation for crop improvement, offering traits for resilience, yield enhancement, and disease resistance. The conservation of PGR is vital to safeguard genetic diversity, and can be achieved through both ex situ and in situ methods. The higher adaptation to local agroclimatic conditions of these landraces, resulting from natural and moderate artificial selection by farmers within specific environments, make them a crucial source of alleles and genotypes for cultivation and in breeding programs. Indeed, unlike modern cultivars, which have been developed under higher artificial selective pressures, landraces exhibit a broader genetic base, that has been documented in landrace collections for many crops. The effective utilization of these PGR is fundamental for prebreeding programs, which involve the introduction of beneficial traits from wild relatives and traditional varieties into modern crops. Prebreeding enhances genetic variation in breeding programs, contributing to the development of crops that are adaptable to changing environmental conditions and agricultural challenges. Thus, the conservation and strategic use of PGR are indispensable for advancing crop breeding and fostering sustainable agricultural systems. In the present work, using white lupin (Lupinus albus) and common bean (Phaseolus vulgaris) as model species, we performed different prebreeding activities to discover and found candidate regions of interest concerning agronomic traits.First of all, we provided the current state on legume species breeding, focusing on knowledge that could support breeding on Lupinus albus current knowledge and its importance as a protein crop. Subsequently, we reported a preliminary characterization of the Lupinus albus ‘lupino bianco- accessione Recanati’, a landrace that is spread in the area of Recanati city in the province of Macerata (Marche region, Italy). The Recanati is an ancient local variety that was once widespread, while, more recently was in danger of being lost. In addition to its historical value and economic implications for the local market, the Recanati landrace is a potential source of adaptation to local soil, that includes tolerance to alkaline soil, a limiting factor for L. albus cultivation in many cases. Finally, we focused on common bean (Phaseolus vulgaris), performing two different activities: -looking for new candidate regions of resistance for 2 fungal disease -create a MAGIC population to have high resolution QTL mapping.

Le risorse genetiche vegetali (PGR) sono fondamentali per garantire la sicurezza alimentare globale, la conservazione della biodiversità e lo sviluppo agricolo sostenibile. Queste risorse rappresentano la base per il miglioramento delle colture, offrendo tratti di resistenza, aumento della resa e resistenza alle malattie. La conservazione delle PGR è essenziale per proteggere la diversità genetica e può essere raggiunta sia mediante metodi ex situ che in situ. L'adattamento superiore alle condizioni agroclimatiche locali di queste varietà tradizionali, che deriva dalla selezione naturale e da una moderata selezione artificiale da parte degli agricoltori in ambienti specifici, le rende una fonte cruciale di alleli e genotipi per la coltivazione e nei programmi di miglioramento genetico. Infatti, a differenza delle cultivar moderne, sviluppate sotto pressioni selettive artificiali più forti, le varietà locali presentano una base genetica più ampia, documentata in collezioni di varietà tradizionali per molte colture. L'utilizzo efficace di queste PGR è fondamentale per i programmi di pre-breeding, che implicano l'introduzione di tratti benefici da parenti selvatici e varietà tradizionali nelle colture moderne. Il pre-breeding migliora la variabilità genetica nei programmi di miglioramento, contribuendo allo sviluppo di colture adattabili alle condizioni ambientali mutevoli e alle sfide agricole. Pertanto, la conservazione e l'uso strategico delle PGR sono indispensabili per il miglioramento delle colture e per promuovere sistemi agricoli sostenibili. Nel presente lavoro, utilizzando il lupino bianco (Lupinus albus) e il fagiolo comune (Phaseolus vulgaris) come specie modello, abbiamo eseguito diverse attività di pre-breeding per scoprire e individuare regioni candidate di interesse relative a tratti agronomici. In primo luogo, abbiamo fornito lo stato attuale del miglioramento genetico delle leguminose, concentrandoci sulle conoscenze che potrebbero supportare il miglioramento del lupino bianco, evidenziandone l'importanza come coltura proteica. Successivamente, abbiamo riportato una caratterizzazione preliminare del ‘lupino bianco – accessione Recanati’, una varietà locale diffusa nell'area della città di Recanati, in provincia di Macerata (regione Marche, Italia). “Lupino bianco – accessione Recanati” è una varietà locale antica, un tempo molto diffusa, ma recentemente a rischio di estinzione. Oltre al suo valore storico ed economico per il mercato locale, la varietà Recanati rappresenta una fonte potenziale di adattamento ai suoli locali, che comprende la tolleranza ai suoli alcalini, un fattore limitante per la coltivazione di L. albus in molti casi. Infine, ci siamo concentrati sul fagiolo comune (Phaseolus vulgaris), eseguendo due diverse attività: • ricerca di nuove regioni candidate di resistenza per 2 malattie fungine; • creazione di una popolazione MAGIC per una mappatura QTL ad alta risoluzione.