Breeding crops resilient to climate change is urgently needed to help ensure food security. A key challenge is to harness genetic diversity to optimise adaptation, yield, stress resilience and nutrition. We examined the genetic and phenotypic diversity of the A.E. Watkins landrace collection of bread wheat (Triticum aestivum), a major global cereal, through whole-genome re-sequencing (827 Watkins landraces and 208 modern cultivars) and in-depth field evaluation spanning a decade. We discovered that modern cultivars are derived from just two of the seven ancestral groups of wheat, leaving five groups as previously untapped sources for breeding. This provides access to landrace-specific functional variations using structured germplasm, genotyping and informatics resources. Employing complementary genetic populations and approaches, we identified thousands of high-resolution quantitative trait loci (QTL) and significant marker-trait associations for major traits, revealing many Watkins-unique loci that can confer superior traits in modern wheat. Furthermore, we identified and functionally verified causative genes for climate-change adaptation, nutritional enhancement and resistance to wheat blast. Finally, we assessed the phenotypic effects of 44,338 Watkins-unique haplotypes, introgressed from 143 prioritised QTL in the context of modern cultivars, bridging the gap between landrace diversity and current breeding. This study establishes a framework for systematically utilising genetic diversity in crop improvement to achieve sustainable food security.

High throughput genotyping arrays have provided a cost effective, reliable and interoperable system for genotyping hexaploid wheat and its related germplasm pool. Existing, highly cited arrays including our 35K Axiom wheat breeder9s genotyping array and the Illumina 90K iSelect array were designed based on a limited amount of varietal sequence diversity and with imperfect knowledge of SNP positions. Recent progress in sequencing wheat varieties and landraces has given us access to a vast pool of SNP diversity, whilst technological improvements in array design has allowed us to fit significantly more probes onto a 384-well format Axiom array than was previously possible. Here we describe a novel High Density Axiom genotyping array, the Triticum aestivum Next Generation array (TaNG), largely derived from whole genome skim sequencing of 204 elite wheat lines and 111 wheat landraces taken from the Watkins "Core Collection". We use a novel "minimal marker" optimisation approach to select up to six SNPs in each 1.5 MB region of the wheat genome with the highest combined varietal discrimination potential. A design iteration step allowed us to test and replace skim-sequence derived SNPs which failed to convert to reliable Axiom markers, resulting in a final design, designated TaNG1.1 with 43,372 SNPs derived from a haplotype-optimised combination of novel SNPs, DArTAG- derived and legacy wheat Axiom markers. We show that this design has an even distribution of SNPs across chromosomes and sub-genomes compared to previous arrays and can be used to generate genetic maps with a significantly higher number of distinct bins than our previous Axiom array. We also demonstrate the improved performance of TaNG1.1 for Genome Wide Association Studies (GWAS) and its utility for Copy Number Variation (CNV) analysis. The array is commercially available, and the marker annotations, initial genotyping results and software used to generate the optimised marker sets are freely available.