La mejora genética de la producción y calidad del grano es una prioridad en los proyectos de mejoramiento del trigo. En este estudio, evaluamos dos rasgos agronómicos clave: el contenido de proteína en el grano (CPG) y el peso de mil granos (PMG) en 179 variedades y razas locales búlgaras contemporáneas e históricas a lo largo de tres temporadas de cultivo. Existió una variación fenotípica significativa para ambos rasgos entre los genotipos y las temporadas, y no se evidenció una diferencia discernible entre los accesos antiguos y modernos. Para entender la base genética de los rasgos, realizamos un estudio de asociación a nivel del genoma con MLM utilizando datos fenotípicos de las temporadas de cultivo, estimadores lineales insesgados y datos genotípicos del array 25K Infinium iSelect. Como resultado, detectamos 16 nucleótidos de rasgo cuantitativo (NTRQ) asociados con el CPG y 15 asociados con el PMG, todos los cuales superaron el umbral de tasa de descubrimiento falso. Siete loci influyeron favorablemente en el CPG, resultando en un aumento del 1.4% al 8.1%, mientras que cuatro loci tuvieron un impacto positivo en el PMG con aumentos que oscilan entre el 1.9% y el 8.4%. Si bien algunos loci confirmaron asociaciones previamente publicadas, cuatro NTRQ vinculados al CPG en los cromosomas 2A, 7A y 7B, así como dos NTRQ relacionados con el PMG en los cromosomas 1B y 6A, pueden representar asociaciones novedosas. Se han encontrado anotaciones para proteínas involucradas en la remobilización de nutrientes asociada a la senescencia y en la posterior acumulación de recursos necesarios para la germinación de semillas para genes candidatos putativos seleccionados. Estos incluyen genes que codifican proteínas de almacenamiento, cisteína proteasas, celulosa-sintasa, alfa-amilasa, reguladores transcripcionales y proteínas de las familias F-box y RWP-RK. Nuestros hallazgos destacan regiones genómicas prometedoras para programas de mejoramiento dirigidos a mejorar el rendimiento del grano y el contenido de proteínas.