Las diatomeas son contribuyentes importantes a la producción primaria global y sus poblaciones en los océanos modernos se ven afectadas por la disponibilidad de hierro, nitrógeno, fosfato, sílice y otros metales traza, vitaminas e infocompuestos. Sin embargo, se sabe poco sobre el papel de la fosforilación en las diatomeas y su función en la regulación y señalización. Informamos un total de 2759 sitios de fosforilación en 1502 proteínas detectadas. Se detectaron péptidos condicionalmente fosforilados a baja concentración de hierro, durante el ciclo diel y debido a la disponibilidad de nitrógeno. A través de una comparación multi-ómica de transcritos, proteínas, fosforilación y homología de proteínas, identificamos numerosas proteínas y procesos celulares clave que probablemente están bajo el control de la fosfo-regulación. Mostramos que la fosforilación regula: (1) la reducción y reubicación de carbono durante el crecimiento en condiciones de bajo hierro, (2) el flujo de carbono hacia la biosíntesis de lípidos después de que se encienden las luces, (3) la coordinación de la transcripción y la traducción a lo largo del ciclo diel y (4) en respuesta a la depleción de nitrógeno. También descubrimos sitios de fosforilación para proteínas que desempeñan papeles importantes en la detección y utilización de hierro en diatomeas, incluyendo flavodoxina y fitotransferrina (ISIP2A), así como identificamos proteínas de estrés reguladas por fosfato y quinasas. Estos hallazgos proporcionan una visión muy necesaria sobre los roles de la fosforilación de proteínas en el ciclo diel y la detección de nutrientes en diatomeas.