Precision Phenotyping for Enhanced Root Vigor in Sugar Beet

In recent decades, the growing pressure of climate change on crops has severely challenged sugar beet cultivation with the commercial varieties exhibiting poor performance under stressful environmental conditions. New, more resilient varieties adapted to changing environmental conditions are therefore needed. In this context, exploring genetic variability is essential to identify genotypes with more vigorous root systems on a large scale, enabling satisfactory yields without compromising sustainability. This thesis aims to validate the use of foliar proxies as indicators of enhanced root vigor and identify genotypes exhibiting this characteristic, thus avoiding the use of destructive methods. A segregating (F3) population, obtained from parental plants exhibiting contrasting phenotypes for root vigor, was analyzed. The plants were first grown hydroponically and then in pots. On the F3 population, non-destructive precision phenotyping techniques were used. The following were evaluated: germination vigor (electrical conductivity test), total root length (WinRhizo software), leaf chlorophyll content (SPAD) as well as chlorophyll, anthocyanin, and flavonols content (Dualex), elemental analysis (XRF spectrometer) and canopy cover (Canopeo). The results showed a wide range of phenotypic variability among the F3 families. Family 12 showed a superior phenotype compared to the others. This family exhibited: lower electrolyte loss from seeds, greater total root length, higher foliar content of chlorophyll, flavonols and potassium, as well as greater canopy cover. All these traits suggest the potential increased root development and confirm that the foliar proxies used are effective for large-scale selection of genotypes with high root vigor.

Negli ultimi decenni, la crescente pressione esercitata dai cambiamenti climatici sulle colture, sta mettendo a dura prova la bieticoltura, con le varietà commerciali che mostrano performance scadenti in condizioni ambientali avverse. Sono pertanto necessarie nuove varietà, più resilienti e adatte alle mutate condizioni ambientali. In questo contesto, l’esplorazione della variabilità genetica è fondamentale per identificare su larga scala genotipi con un apparato radicale più vigoroso, al fine di consentire rese soddisfacenti senza compromettere la sostenibilità. Questa tesi si è posta l’obiettivo di validare l’uso di proxy fogliari come indicatori di elevata vigoria radicale e di identificare genotipi che presentano tale caratteristica evitando l’uso di metodi distruttivi. È stata analizzata una popolazione segregante (F3), ottenuta dall’incrocio di parentali che presentavano fenotipi contrastanti per la vigoria radicale. Le piante sono state allevate prima in idroponica e poi trasferite in vaso. Sulla F3 sono state impiegate tecniche di fenotipizzazione di precisione non distruttiva. In particolare, sono stati valutati il vigore germinativo (test di conducibilità elettrica), la lunghezza radicale (software WinRhizo), il contenuto di clorofilla fogliare (SPAD), il contenuto di clorofilla, antociani e flavonoli (Dualex), l’analisi elementale (spettrometro XRF) e la copertura fogliare (Canopeo). I risultati hanno mostrato un’ampia variabilità fenotipica tra le famiglie F3. In particolare, la famiglia 12 ha mostrato un fenotipo superiore rispetto alle altre. Questa famiglia presentava: una minore perdita di elettroliti dai semi, una maggiore lunghezza radicale totale, maggiori contenuti fogliari di clorofilla, flavonoli e potassio oltre che una maggiore canopy fogliare. Tutti questi tratti suggeriscono un possibile aumentato sviluppo radicale e confermano che i proxy fogliari utilizzati sono efficaci per selezionare su larga scala genotipi con elevata vigoria radicale.