El sistema radicular desempeña un papel decisivo en el crecimiento y desarrollo de las plantas. La necesidad de agua de un sistema radicular depende en gran medida de la especie de planta. Las patatas son un cultivo alimentario y hortícola importante que se cultiva en todo el mundo, especialmente bajo riego en regiones áridas y semiáridas. Sin embargo, el impacto esperado del calentamiento global en los rendimientos de patatas requiere una investigación de los genes relacionados con el desarrollo radicular y las vías de señalización de resistencia a la sequía en las patatas. En este estudio, investigamos los mecanismos moleculares de diferentes sistemas radiculares de patatas tolerantes a la sequía en respuesta al estrés por sequía bajo condiciones controladas de agua, utilizando la patata como modelo. Analizamos el transcriptoma y el proteoma de la variedad de patata sensible a la sequía Atlantic (Atl) y la variedad tolerante a la sequía Qingshu 9 (Q9) bajo riego normal (CK) y estrés por sequía semanal (D). Los resultados mostraron que se identificaron un total de 14,113 genes expresados diferencialmente (DEGs) y 5596 proteínas expresadas diferencialmente (DEPs) en las variedades. Un análisis de mapa de calor de DEGs y DEPs mostró que los mismos genes y proteínas en Atl y Q9 exhibieron diferentes patrones de expresión bajo estrés por sequía. El análisis de red de correlación de genes ponderados (WGCNA) mostró que en Atl, los términos de Ontología de Genes (GO) y las vías enriquecidas de la Enciclopedia de Genes y Genomas de Kyoto (KEGG) estaban relacionadas con el metabolismo de piruvato y la glucólisis, así como con la señalización celular y la actividad de proteínas transportadoras de iones a través de la membrana. Sin embargo, los términos de GO y las vías enriquecidas de KEGG relacionadas con la señalización de fitohormonas y el ciclo del ácido tricarboxílico estaban predominantemente enriquecidos en Q9. El presente estudio proporciona un recurso genético único para explorar de manera efectiva los genes funcionales y descubrir el mecanismo regulador molecular del sistema radicular de la patata en respuesta al estrés por sequía.