Objectives Calcium-dependent protein kinases (CDPKs) function directly in plant development and stress responses. We used whole genome sequences and mRNA expression data to analyze the phylogenetic relationships, gene structure, collinearity, and differential expression of CDPKs in two differentially drought-tolerant potato varieties. Results In total, we identified 25 CDPK proteins belonging to four subfamilies. There was a significant collinear relationship among 13 CDPK genes belonging to four segmentally duplicated pairs. Subcellular prediction implied that all StCDPKs were localized at the plasma membrane. Analysis of promoter regions revealed that StCDPK s were photosensitive and responsive to biotic stress, abiotic stress, and hormone stimuli. RNA-seq analysis showed differential expression of StCDPK s among various potato tissues, and qPCR analysis revealed that 20 StCDPK s exhibited differential expression patterns under drought stress between drought-tolerant (QS9) and drought sensitive (Atl) potato varieties. Among these, the most strongly drought-induced genes were respectively StCDPK3 and StCDPK23 , highlighting these as attractive candidate genes for further functional analyses of drought-stress responses in potato. Conclusions Our results demonstrating the tissue specific and drought stress-responsive StCDPK genes of potato both provide a reference for further research about the functions of CDPK family proteins and should support ongoing efforts for the further genetic improvement of potato.

中文翻译：

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干旱胁迫下两个马铃薯品种CDPK基因的进化与表达分析

目的 钙依赖性蛋白激酶 (CDPK) 在植物发育和胁迫反应中直接起作用。我们使用全基因组序列和 mRNA 表达数据分析了两个差异耐旱马铃薯品种中 CDPKs 的系统发育关系、基因结构、共线性和差异表达。结果 总的来说，我们鉴定了属于四个亚家族的 25 个 CDPK 蛋白。属于四个节段重复对的 13 个 CDPK 基因之间存在显着的共线性关系。亚细胞预测暗示所有 StCDPK 都位于质膜上。启动子区域的分析表明，StCDPK s 对生物胁迫、非生物胁迫和激素刺激具有光敏性和响应性。RNA-seq 分析显示 StCDPK s 在不同马铃薯组织中的差异表达，qPCR 分析表明，20 个 StCDPK s 在干旱胁迫下在耐旱 (QS9) 和干旱敏感 (Atl) 马铃薯品种之间表现出差异表达模式。其中，最强烈的干旱诱导基因分别是 StCDPK3 和 StCDPK23 ，突出显示它们是用于进一步对马铃薯干旱胁迫响应进行功能分析的有吸引力的候选基因。结论我们的研究结果表明，马铃薯具有组织特异性和干旱胁迫响应性 StCDPK 基因，为进一步研究 CDPK 家族蛋白的功能提供了参考，并应支持马铃薯进一步遗传改良的持续努力。其中，最强烈的干旱诱导基因分别是 StCDPK3 和 StCDPK23 ，突出显示它们是用于进一步对马铃薯干旱胁迫响应进行功能分析的有吸引力的候选基因。结论我们的研究结果表明，马铃薯具有组织特异性和干旱胁迫响应性 StCDPK 基因，为进一步研究 CDPK 家族蛋白的功能提供了参考，并应支持马铃薯进一步遗传改良的持续努力。其中，最强烈的干旱诱导基因分别是 StCDPK3 和 StCDPK23 ，突出显示它们是用于进一步对马铃薯干旱胁迫响应进行功能分析的有吸引力的候选基因。结论我们的研究结果表明，马铃薯具有组织特异性和干旱胁迫响应性 StCDPK 基因，为进一步研究 CDPK 家族蛋白的功能提供了参考，并应支持马铃薯进一步遗传改良的持续努力。