Added Mungo's edits and standardised layout
[jalview-manual.git] / TheJalviewTutorial.tex
1 %\documentclass[a4paper,11pt]{report}
2 \documentclass[a4paper,11pt]{book}
3 \usepackage[format=hang,margin=10pt]{caption}
4 \usepackage{footnote}
5 \usepackage{graphicx}
6 \usepackage{fouriernc}
7 %\usepackage{amssymb}
8 \usepackage{epstopdf}
9 \usepackage{hyperref}
10 \usepackage{subfigure}
11 \DeclareGraphicsRule{.tif}{png}{.png}{`convert #1 `dirname #1`/`basename #1 .tif`.png}
12 \voffset = -0.5 in
13 \hoffset = -0.85 in
14 \textwidth = 6.5 in 
15 \textheight = 9.5 in 
16 \oddsidemargin = 1.20 in
17 \evensidemargin = 0.2 in
18 \topmargin = 0.0 in 
19 \headheight = 0.35 in
20 \headsep = 0.4 in
21 %\headheight = 0.0 in \headsep = 0.0 in
22 \parskip = 0.2in \parindent = 0.0in
23
24
25 \newtheorem{theorem}{Theorem}
26 \newtheorem{corollary}[theorem]{Corollary}
27 \newtheorem{definition}{Definition}
28
29
30 \title{Jalview 2.5: A manual and introductory tutorial }
31 \author{David Martin, James Procter, Andrew Waterhouse and Geoff Barton}
32 \date{Manual version 1.2.3 6th May 2011}
33
34 \newcommand{\clearemptydoublepage}{\newpage{\pagestyle{empty}}\cleardoublepage}
35
36 % how the hell do we add another panel with text like : This tutorial introduces
37 % the user to the features of Jalview, a multiple sequence alignment editor and
38 % viewer available from http://www.jalview.org to the title page.
39
40 % \renewcommand{menustyle}{\tt} %do something more advanced here.
41
42 \newcounter{ecount} 
43 \newcounter{exstep}[ecount]
44 \renewcommand{\theecount} {\arabic{ecount}}
45 \renewcommand{\theexstep} {\arabic{ecount}.\alph{exstep}}
46
47 \newcommand{\exercise}[2] { 
48 \refstepcounter{ecount}
49 \begin{center} \fbox{\parbox[b][\height]{6in}{ 
50 {\bf
51 % this doesn't work - page refs are off 
52 %  \mbox{\addcontentsline{toc}{subsection}{ Exercise \theecount : #1 } }
53 Exercise \theecount  :  #1  } 
54 \par #2 }} \end{center}
55 \pagebreak[0]
56 }
57 \newcommand{\exstep}[1]{ \stepcounter{exstep} {\sl \theexstep.}  \begin{minipage}[t]{5.5in} #1 \end{minipage} \par \vspace *{1mm} }
58 %%% Remove the % on the next 2 lines to hide tutorials.
59 %\renewcommand{\exercise}[2]{} 
60 %\renewcommand{\exstep}[1]{} 
61
62 \begin{document}
63
64
65 \pagenumbering{}
66
67 %\maketitle
68 % we make our own title because JBP is not clever enough to work out how
69 % to
70 % do
71 % this automatically
72
73 \begin{center}
74
75 {\Huge
76  
77 Jalview 2.8.2
78 }
79 \vspace{0.5in}
80 {\huge 
81
82 Manual and Introductory Tutorial }
83
84 \vspace{2.4in}
85
86 {\large
87
88 David Martin, James Procter, Andrew Waterhouse, Saif Shehata, Nancy Giang,
89 Suzanne Duce and Geoff Barton
90  
91
92 }
93
94 \vspace{1.2in}
95
96 College of Life Sciences, University of Dundee
97
98 Dundee, Scotland DD1 5EH, UK
99
100
101 \vspace{2in}
102
103 Manual Version 1.5.0 
104 % post CLS lifesci course on 15th January
105 % draft. Remaining items are AACon, RNA visualization/editing and Protein disorder analysis exercises.
106
107 12th December 2014
108
109
110 \end{center}
111
112 %\newpage
113
114 \clearemptydoublepage
115
116 % ($Revision$) 11th October 2010.}
117 % TODO revise for 2.6
118
119 \pagenumbering{roman}
120 \setcounter{page}{1}
121 \tableofcontents 
122 \clearemptydoublepage
123 % \listoffigures 
124 % \newpage
125 % \listoftables 
126 % \newpage
127 \pagenumbering{arabic}
128 \setcounter{page}{1}
129
130 \chapter{Basics}
131 \label{jalviewbasics}
132 \section{Introduction}
133 \subsection{Jalview}
134 Jalview is a multiple sequence alignment viewer, editor and analysis tool.
135 Jalview is designed to be platform independent (running on Mac, MS Windows, Linux
136 and any other platforms that support Java). Jalview is capable of editing and
137 analysing large alignments (thousands of sequences) with minimal degradation in
138 performance, and able to show multiple integrated views of the alignment and
139 other data. Jalview can read and write many common sequence formats including
140 FASTA, Clustal, MSF(GCG) and PIR.
141
142
143 There are two types of Jalview program. The {\bf Jalview Desktop} is a standalone 
144 application that provides powerful editing, visualization, annotation and
145 analysis capabilities. The {\bf JalviewLite} applet has the same core
146 visualization, editing and analysis capabilities as the desktop, without the
147 desktop's webservice and figure generation capabilities. It is designed to be
148 embedded in a web page,\footnote{A demonstration version of Jalview (Jalview Micro
149 Edition) also runs on a mobile phone but the functionality is limited to sequence
150 colouring.} and includes a javascript API to allow customisable display of alignments for web sites such as
151 {\bf Pfam}.\footnote{\url{http://pfam.xfam.org}}
152
153
154 Jalview 2.8.2 was released in December 2014. The Jalview Desktop in this version
155 provides access to protein and nucleic acid sequence, alignment and structure
156 databases, and includes the Jmol\footnote{ Provided under the LGPL licence at
157 \url{http://www.jmol.org}} viewer for molecular structures, and the VARNA\footnote{Provided under GPL licence at \url{http://varna.lri.fr}} program for the visualization of RNA secondary structure. A
158 Distributed Annotation System (DAS) client\footnote{jDAS - released under Apache license (v2.0) at \url{http://code.google.com/p/jdas}} which facilitates the retrieval and display of third party sequence
159 annotation in association with sequences and any associated structure. It also
160 provides a graphical user interface for the multiple sequence alignment, conservation analysis and protein disorder prediction methods provided as {\bf Ja}va {\bf B}ioinformatics
161 {\bf A}nalysis {\bf W}eb {\bf S}ervices (JABAWS). JABAWS\footnote{released under GPL at \url{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws}} is a system for running bioinformatics programs that you can download and run on your own machine or cluster, or install on compute clouds.
162
163 \subsection{Jalview's Capabilities}
164 % TODO add references to appropriate sections for each capability described here.
165 Figure \ref{jvcapabilities} gives an overview of the main features of the
166 Jalview desktop application. Its primary function is the editing and
167 visualization of sequence alignments, and their interactive analysis. Tree
168 building, principal components analysis, physico-chemical property conservation
169 and sequence consensus analyses are built into the program. Web services enable
170 Jalview to access online alignment and secondary structure prediction programs,
171 as well as to retrieve protein and nucleic acid sequences, alignments, protein structures and sequence annotation. Sequences, alignments, trees, structures, features and alignment annotation may also be exchanged with the local filesystem. Multiple visualizations of an alignment may be worked on simultaneously, and the user interface provides a comprehensive set of controls for colouring and layout. Alignment views are dynamically linked with Jmol structure displays, a tree viewer and spatial cluster display, facilitating interactive exploration of the alignment's structure. The application provides its own Jalview project file format in order to store the current state of an alignment and analysis windows. Jalview also provides WYSIWIG\footnote{WYSIWIG: What You See Is What You Get.} style figure generation capabilities for the preparation of alignments for publication.
172 \begin{figure}[htbp]
173 \begin{center}
174 \includegraphics[width=5.8in]{images/jvcapabilities.pdf}
175 \caption{{\bf Capabilities of the Jalview Desktop.} The Jalview Desktop Application provides a stable environment for the creation, editing and analysis of alignments and the generation of figures.}
176 \label{jvcapabilities}
177 \end{center}
178 \end{figure}
179
180 \subsubsection{Jalview History}
181 Jalview was initially developed in 1996 by Michele Clamp, James Cuff, Steve
182 Searle and Geoff Barton at the University of Oxford and then the European
183 Bioinformatics Institute. Development of Jalview 2 was made possible with
184 eScience funding from the BBSRC\footnote{Biotechnology and Biological Sciences
185 Research Council grant  {\sl ``VAMSAS: Visualization and Analysis of Molecules,
186 Sequence Alignments and Structures"}, a joint project to enable interoperability
187 between Jalview, TOPALi and AstexViewer.} in 2004, enabling Andrew Waterhouse and
188 Jim Procter to re-engineer the original program to introduce contemporary developments
189 in bioinformatics and take advantage of the latest web and Java technology.
190 Jalview's development has been supported from 2009
191 by awards from the BBSRC's Tools and Resources fund, and, since 2014, a Wellcome Trust Biomedical Resource grant\footnote{Wellcome grant number 101651/Z/13/Z}. In 2010, 2011, and 2012, Jalview benefitted from the
192 \href{http://code.google.com/soc/}{Google Summer of Code}, when Lauren Lui and Jan Engelhardt introduced new features for handling RNA alignments and secondary structure annotation, in collaboration with Yann Ponty.\footnote{\url{http://www.lix.polytechnique.fr/~ponty/}}
193
194  
195 %TODO describe future plans in history ? not a good idea.
196 % Jalview continues to be one of the worlds most popular\footnote{and in the authors opinion, the best.} sequence alignment and analysis tools.
197
198 \subsubsection{Citing Jalview}
199 If you use Jalview in your work you should cite:\newline
200 {\sl "Jalview Version 2 - a multiple sequence alignment editor and analysis
201 workbench"}\newline Waterhouse, A.M., Procter, J.B., Martin, D.M.A, Clamp, M. and Barton, G. J. (2009) \newline {\sl Bioinformatics}  doi: 10.1093/bioinformatics/btp033
202
203 This paper supersedes the original Jalview publication:\newline {\sl "The
204 Jalview Java alignment editor"} \newline Michele Clamp, James Cuff, Stephen M. Searle and Geoffrey J. Barton (2004) \newline {\sl Bioinformatics} {\bf 20} 426-427. 
205
206   
207 \subsection{About this Tutorial }
208
209 This tutorial is written in a manual format with short exercises where
210 appropriate, typically at the end of each section. This chapter concerns the
211 basic operation of Jalview and should be sufficient for those who want to
212 load Jalview (Section \ref{startingjv}), open an alignment (Section \ref{loadingseqs}), perform basic editing and colouring (Section \ref{selectingandediting} and Section \ref{colours}), and produce publication
213 and presentation quality graphical output (Section \ref{layoutandoutput}).
214
215 Chapter \ref{analysisannotation} covers the additional visualization and
216 analysis techniques that Jalview provides. This includes working with the
217 embedded Jmol molecular structure viewer, building and viewing trees and PCA
218 plots, and using trees for sequence conservation analysis. An overview of
219 the Jalview Desktop's webservices is given in Section \ref{jvwebservices}, and
220 the alignment and secondary structure prediction services are described
221 in detail in Sections \ref{msaservices} and \ref{protsspredservices}. Following
222 this, Section \ref{featannot} details the creation and visualization of sequence
223 and alignment annotation, and the retrieval of sequences and annotation from
224 databases and DAS Servers. Finally, Section \ref{workingwithnuc} discusses
225 specific features of use when working with nucleic acid sequences, such as translation and linking to protein
226 coding regions, and the display and analysis of RNA secondary structure.
227
228 %^Chapter \ref{jalviewadvanced} The third chapter covers the detail^ of Jalview and is aimed at the user who is
229 %already familiar with Jalview operation but wants to get more out of their
230 %Jalview experience.
231
232 \subsubsection{Typographic Conventions}
233
234 Keystrokes using the special non-symbol keys are represented in the tutorial by
235 enclosing the pressed keys with square brackets ({\em e.g.} [RETURN] or [CTRL]).
236
237 Keystroke combinations are combined with a `-' symbol ({\em e.g.} [CTRL]-C means
238 press [CTRL] and the `C' key).
239
240 Menu options are given as a path from the menu
241 that contains them - for example {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment
242 $\Rightarrow$ From URL} means to select the `From URL' option from the `Input
243 Alignment' submenu of a window's `File' dropdown menu.
244
245 \section{Obtaining and Starting the Jalview Desktop Application}
246 \label{startingjv}
247 \begin{figure}[htbp]
248 \begin{center}
249 \includegraphics[width=4.5in]{images/download.pdf}
250 \caption{\bf Download page on the Jalview web site at www.jalview.org.}
251 \label{download}
252 \end{center}
253 \end{figure}
254
255 This tutorial is based on the Jalview
256 Desktop application. Much of the information will also be useful for users of
257 the JalviewLite applet, which has the same core editing, analysis and visualization capabilities (see the
258 \href{http://www.jalview.org/examples/applets.html}{JalviewLite Applet Examples}
259 page for examples). The Jalview Desktop, however, is much more powerful, and
260 includes additional support for interaction with external web services, and
261 production of publication quality graphics.
262
263 The Jalview Desktop can be run in two ways; as an application launched from the
264 web {\sl via} Java webstart, or as an application loaded onto your hard drive. 
265 The webstart version is launched from the pink `Launch Jalview Desktop
266 button' at the top right hand side of pages of the website 
267 \href{http://www.jalview.org}{(www.jalview.org)}.
268 To download the locally installable version, follow the links on the download
269 page
270 \href{http://www.jalview.org/download}{(www.jalview.org/download) }
271  (Figure \ref{download}).
272 These links will launch the latest stable release of Jalview.\par
273
274 %% this paragraph needs to be rewritten for the new signed certificate from Certum.
275
276 When the application is launched with webstart, two dialogs may appear before
277 the application starts. If your browser is not set up to handle webstart, then
278 clicking the launch link may download a file that needs to be opened
279 manually, or prompt you to select the correct program to handle the webstart
280 file. If that is the case, then you will need to locate the {\bf javaws} program
281 on your system\footnote{The file that is downloaded will have a type of {\bf
282 application/x-java-jnlp-file} or {\bf .jnlp}. The {\bf javaws} program that can run
283 this file is usually found in the {\bf bin} directory of your Java
284 installation}. Once java webstart has been launched, you may also be prompted to
285 accept a security certificate signed by the Barton Group.\footnote{On some
286 systems, the certificate may be signed by 'UNKNOWN'. In this case, clicking
287 through the dialogs to look at the detailed information about the certificate
288 should reveal it to be a Barton group certificate.} You can always trust us, so
289 click trust or accept as appropriate. The splash screen (Figure \ref{splash})
290 gives information about the version and build date that you are running,
291 information about later versions (if available), and the paper to cite in your
292 publications. This information is also available on the Jalview web site at 
293 \url{http://www.jalview.org}.
294
295 %[fig 2] 
296 \begin{figure}[htbp]
297
298 \begin{center}
299 \includegraphics[width=4.5in]{images/splash.pdf}
300 \caption{{\bf Jalview splash screen.}}
301 \label{splash}
302 \end{center}
303 \end{figure}
304
305 When Jalview starts it will automatically load an example alignment from the
306 Jalview site. This behaviour can be switched off in the Jalview Desktop
307 preferences dialog  by unchecking the open file option.
308 This alignment will look like the one in Figure \ref{startpage} (taken
309 from Jalview version 2.7).
310
311 %[figure 3 ]
312 \begin{figure}[htbp]
313 \begin{center}
314 \includegraphics[width=4in]{images/start.pdf}
315 \caption{{\bf Default startup for Jalview.}}
316 \label{startpage}
317 \end{center}
318 \end{figure}
319
320
321 \subsubsection{Jalview News RSS Feed}
322
323 Announcements are made available to users of the
324 Jalview Desktop {\sl via} the Jalview Newsreader. This window will open
325 automatically when new news is available, and can also be accessed {\sl via} the
326 Desktop's {\sl Tools $\Rightarrow$ Show Jalview News} menu entry. 
327
328 \begin{figure}[htbp]
329 \begin{center}
330 \includegraphics[height=3in]{images/jvrssnews.pdf}
331 \caption{{\bf The Jalview News Reader.} The newsreader opens automatically
332 when new articles are available from the Jalview Desktop's news channel.}
333 \label{jalviewrssnews}
334 \end{center}
335 \end{figure}
336
337
338 \exercise{Launching Jalview from the Jalview website}{
339 \label{start}
340 \exstep{Open the Jalview web
341 site \href{http://www.jalview.org}{(www.jalview.org)}
342 in your web browser. Launch Jalview by clicking on the
343 pink `Launch Jalview' Desktop button in the top right hand corner. This
344 will download and open a jalview.jnlp webstart file.}
345 \exstep {Dialogue boxes
346 will open and ask if you want to open the jalview.jnlp file as the file is an application downloaded from the
347 Internet, click Open. (Note you maybe asked to update Java, if you agree then it
348 will automatically update the Java software). As Jalview opens, four demo
349 Jalview windows automatically load.}
350 \exstep {If
351 you are having trouble, it may help changing the browser you are using, as the browsers and
352 it's version may affect this process.}
353 \exstep{To deactivate the opening of the 4 demo sequences during the launch, go
354 to the {\sl Tools $\Rightarrow$
355 Preferences...} menu on the desktop. A `Preference'
356 dialogue box opens, untick the box adjacent to the `Open file' entry in the
357 `Visual' preferences tab.
358 Click OK to save the preferences.}
359 \exstep{Launch another Jalview workbench from the web site by clicking on the
360 pink Launch button.
361 The example alignment should not be loaded as Jalview starts up.}
362 \exstep{To reload the original demo file select the
363 {\em File$\Rightarrow$ From URL} entry in the Desktop menu. Click on
364 the URL history button on the right hand side of the dialog box to view the
365 files, select exampleFile\_2\_7.jar, then click OK.}
366 {\bf Note:} Should you want to reload the example alignment or load your own
367 sequence during the launch process, then go
368 to the {\sl Tools $\Rightarrow$
369 Preferences...} menu on the desktop. The tick the `Open file' entry of `Visual'
370 preferences tab, type in the URL of the sequence you want to load. This
371 file will load during the start up process.\\
372
373 As the jalview.jnlp file launches Jalview on your desktop, you
374 may want to move this from the downloads folder to another folder.
375 Opening from this file will allow Jalview to be launched offline.
376
377 {\bf Help launching Jalview is available in a video on
378 \href{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}{the Getting Started page} of
379 the website.}}
380
381 \subsection{Getting Help}
382 \label{gettinghelp}
383 \subsubsection{Built in documentation}
384 Jalview has comprehensive on-line help documentation. Select  {\sl Help
385 $\Rightarrow$ Documentation} from the main window menu and a new window will
386 open (Figure \ref{help}). The appropriate topic can then be selected from the
387 navigation panel on the left hand side. To search for a specific topic, click
388 the `search' tab and enter keywords in the box which appears.
389
390
391 \begin{figure}[htbp]
392 \begin{center}
393 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=2.75in]{images/help1.pdf}}}
394 \parbox[c]{4in}{\includegraphics[width=4in]{images/help2.pdf}}
395 \caption{{\bf Accessing the built in Jalview documentation.}}
396 \label{help}
397 \end{center}
398 \end{figure}
399
400 \subsubsection{Email lists}
401
402 The Jalview Discussion list {\tt jalview-discuss@jalview.org} provides a forum
403 for Jalview users and developers to raise problems and exchange ideas - any
404 problems, bugs, and requests for help should be raised here. The {\tt
405 jalview-announce@jalview.org} list can also be subscribed to if you wish to be
406 kept informed of new releases and developments. 
407
408 Archives and mailing list
409 subscription details can be found in the Jalview web site's \href{http://www.jalview.org/community}{community section}.
410
411 \section{Navigation}
412 \label{jvnavigation}
413 The major features of the Jalview Desktop are illustrated in Figure \ref{anatomy}. The alignment window is the primary window for editing and visualization, and can contain several independent views of the alignment being worked with. The other windows (Trees, Structures, PCA plots, etc) are linked to a specific alignment view. Each area of the alignment window has a separate context menu accessed by clicking the right mouse button.  
414
415  Jalview has two navigation and editing modes: {\bf normal mode}, where
416  editing and navigation is performed using the mouse, and {\bf cursor mode}
417  where editing and navigation are performed using the keyboard. The {\bf F2 key}
418  is used to switch between these two modes. With a Mac as the F2 is
419  often assigned to screen brightness, one may often need to  type {\bf function
420  [Fn] key with F2}.
421
422 \begin{figure}[htb]
423 \begin{center}
424 \includegraphics[width=6.5in]{images/jalview_anatomy.pdf}
425 \caption{{\bf The anatomy of Jalview.} The major features of the Jalview Desktop Application are labeled.}
426 % TODO: modify text labels to be clearer - black on grey and black border for clarity
427 \label{anatomy}
428 \end{center}
429 \end{figure}
430
431 \subsection{Navigation in Normal Mode}
432
433 Jalview always starts up in Normal mode, where the mouse is used to interact
434 with the displayed alignment view. You can move about the alignment by clicking
435 and dragging the ruler scroll bar to move horizontally, or by clicking and
436 dragging the alignment scroll bar to the right of the alignment to move
437 vertically.  If all the rows or columns in the alignment are displayed, the
438 scroll bars will not be visible.
439
440  Each alignment view shown in the alignment window presents a window onto the
441  visible regions of the alignment. This means that with anything more than a few
442  residues or sequences, alignments can become difficult to visualize on the
443  screen because only a small area can be shown at a time. It can help,
444  especially when examining a large alignment, to have an overview of the whole
445  alignment. Select {\sl View $\Rightarrow$ Overview Window} from the Alignment
446  window menu bar (Figure \ref{overview}\footnote{the menu shown in this figure
447  is from Jalview 2.2, later versions have more options.}).
448 % (Figure4)
449 \begin{figure}[htbp]
450 \begin{center}
451 \includegraphics[width=4.5in]{images/overview.pdf}
452 \caption{{\bf Alignment Overview Window.} The overview window for a view is opened from the {\em View} menu.}
453 \label{overview}
454 \end{center}
455 \end{figure}
456
457 The red box in the overview window shows the current view in the alignment
458 window. A percent identity histogram is plotted below the alignment overview.
459 Shaded parts indicate rows and columns of the alignment that are hidden (in this
460 case, a single row at the bottom of the alignment - see Section
461 \ref{hidingregions}). You can navigate around the alignment by dragging the red
462 box. 
463
464 %Try this now and see how the view in the alignment window changes.
465
466 \parbox[c]{3in}{Alignment and analysis windows are closed by clicking on the
467 usual `close' icon (indicated by arrows on Mac OS X). If you want to close all
468 the alignments and analysis windows at once, then use the {\sl Window
469 $\Rightarrow$ Close All} option from the Jalview desktop.
470
471 {\bf \em{Warning: make sure you have saved your work because this cannot be
472 undone!}} }
473 \parbox[c]{3in}{\centerline{\includegraphics[width=2.5in]{images/start_closeall.pdf}
474 }}
475
476 \subsection{Navigation in Cursor Mode}
477 \label{cursormode}
478 \parbox[c]{5in}{Cursor mode navigation enables the user to quickly
479 and precisely navigate, select and edit parts of an alignment. On pressing F2 to
480 enter cursor mode the position of the cursor is indicated by a black background
481 and white text. The cursor can be placed using the mouse or moved by pressing
482 the arrow keys ($\uparrow$, $\downarrow$, $\leftarrow$, $\rightarrow$).
483 }\parbox[c]{1.25in}{\centerline{\includegraphics[width=0.8in]{images/cursor1.pdf}}}
484
485 Rapid movement to specific positions is accomplished as listed below:
486 \begin{list}{$\circ$}{}
487 \item {\bf Jump to Sequence {\sl n}:} Type a number {\sl n} then press [S] to move to sequence (row) {\sl n}  
488 \item {\bf Jump to Column {\sl n}:} Type a number {\sl n} then press [C] to move to column {\sl n} in the alignment.  
489 \item {\bf Jump to Residue {\sl n}:} Type a number {\sl n} then press [P] to move to residue number {\sl n} in the current sequence.  
490 \item {\bf Jump to  column {\sl m} row {\sl n}:} Type the column number {\sl m}, a comma, the row number {\sl n} and press [RETURN]. 
491 \end{list}
492
493 \exercise{Navigation}{
494 \label{navigate}
495 Jalview has two navigation and editing modes: {\bf normal} mode (where editing
496 and navigation are via the mouse) and the {\bf cursor} mode (where editing and
497 navigation are via the keyboard).
498 The {\bf F2 key} is used to switch between these two modes. With a Mac often
499 need to type function  {\bf Fn key and F2}, as button is often assigned to
500 screen brightness. Jalview always starts up in {\bf normal mode}.
501
502 \exstep{Load an example alignment from its URL
503 (\url{http://www.jalview.org/examples/exampleFile_2_7.jar}) via the Desktop
504 using {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} dialog
505 box.
506 (The URL should be stored in its history and clicking on the {\sl down arrow} is
507 an easy way to access it.)}
508 \exstep{Scroll around the alignment using the alignment (vertical) and ruler (horizontal) scroll bars.}
509 \exstep{Find the Overview Window, {\sl Views
510 $\Rightarrow$ Overview Window} and open it. Move around the
511 alignment by clicking and dragging the red box in the overview window.}
512 \exstep{Look at the status bar (lower left hand corner of the alignment window) as
513 you move the mouse over the alignment. It indicates information about the
514 sequence and residue under the cursor.}
515 \exstep{Press [F2] to enter {\bf Cursor mode}. Use the direction {\bfarrow
516 keys} to move the cursor around the alignment.}
517 \exstep{Move to sequence 7 by pressing {\bf 7 S}. Move to column 18 by pressing
518 {\bf 1 8 C}. Move to residue 18 by pressing {\bf 1 8 P}. Note that these can be
519 two different positions if gaps are inserted into the sequence. Move to sequence 5,
520 column 13 by typing {\bf 1 3 , 5 [RETURN]}.}
521
522 {\bf Note:} To view Jalview's comprehensive on-line help documentations select
523 Help on desktop menu, clicking on Documentation will open a Documentation
524 window. Select topic from the navigation panel on the left hand side or use the
525 Search tab to select specific key words
526
527 {\bf Help navigating Jalview is available in a video on
528 \href{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}{the Getting Started page} of
529 the website.}}
530
531 \subsection{The Find Dialog Box}
532 \label{searchfunction}
533 A further option for navigation is to use the {\sl Select $\Rightarrow$
534 Find\ldots} function. This opens a dialog box into which can be entered regular
535 expressions for searching sequences and sequence IDs, or sequence numbers.
536 Hitting the [Find next] button will highlight the first (or next) occurrence of
537 that pattern in the sequence ID panel or the alignment, and will adjust the view
538 in order to display the highlighted region. The Jalview Help provides
539 comprehensive documentation for this function, and a quick guide to the regular
540 expressions that can be used with it.
541
542 %TODO insert a figure for the Find dialog box
543
544
545 \section{Loading your Own Sequences}
546 \label{loadingseqs}
547 Jalview provides many ways to load your own sequences. %For this section of the tutorial you will need to download the file http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa to a suitable location on your hard drive.
548
549 \subsection{Drag and Drop}
550         In most operating systems you can just drag a file icon from a file browser
551         window and drop it on an open Jalview application window. The file will then be opened as a new alignment window. %You can try this with the tutorial file you have downloaded. When you have opened the file, close it again by selecting the close control on the window. If you drop an alignment file onto an open alignment window it will be appended.
552         Drag and drop also works when loading data from a URL -
553 simply drag the link or url from the address panel of your browser on to an
554 alignment or the Jalview desktop background and Jalview will load data from the
555 URL directly.
556 %  (Figure \ref{drag})
557 % %[fig 5]
558 % \begin{figure}[htbp]
559 % \begin{center}
560 % \includegraphics[width=2in]{images/drag2.pdf}
561 % \includegraphics[width=2in]{images/drag3.pdf}
562 % \caption{{\bf An alignment can be opened by dragging the file onto the Jalview window. }}
563 % \label{drag}
564 % \end{center}
565 % \end{figure}
566
567 % %\includegraphics[width=2in]{images/drag1.pdf}
568
569
570 \subsection{From a File}
571 Jalview can read sequence alignments from a sequence alignment file. This is a
572 text file, not a word processor document. For entering sequences from a
573 wordprocessor document see Cut and Paste  (Section \ref{cutpaste}) below. Select
574 {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From File} from the main
575 menu (Figure \ref{loadfile}). You will then get a file selection window where
576 you can choose the file to open. Remember to select the appropriate file type.
577 Jalview can automatically identify some sequence file formats.
578
579 %[fig 6]
580 \begin{figure}[htbp]
581 \begin{center}
582 \includegraphics[width=2in]{images/loadfilebox.pdf}
583 %\includegraphics[width=2in]{images/loadfilebox2.pdf}
584 \includegraphics[width=3in]{images/loadfileboxdrop.pdf}
585 \caption{{\bf Opening an alignment from a file saved on disk. }}
586 \label{loadfile}
587 \end{center}
588 \end{figure}
589
590 \subsection{From a URL}
591 Jalview can read sequence alignments directly from a URL. Please note that the
592 files must be in a sequence alignment format - an HTML alignment or graphics
593 file cannot be read by Jalview.
594 Select {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} from the
595 main menu and a window will appear asking you to enter the URL (Figure
596 \ref{loadurl}). Jalview will attempt to automatically discover the file format.
597
598 %[fig 7]
599 \begin{figure}[htbp]
600 \begin{center}
601 \includegraphics[width=2in]{images/menuloadurl.pdf}
602 \includegraphics[width=3in]{images/loadurlbox.pdf}
603 \caption{{\bf Opening an alignment from a URL. }}
604 \label{loadurl}
605 \end{center}
606 \end{figure}
607
608 \subsection{Cut and Paste}
609 \label{cutpaste}
610 Documents such as those produced by Microsoft Word cannot be readily understood
611 by Jalview. The way to read sequences from these documents is to select the
612 data from the document and copy it to the clipboard. There are two ways to
613 do this. One is to right-click on the desktop background, and select the
614 `Paste to new alignment' option in the menu that appears. The other is to select
615 {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From Textbox} from the
616 main menu, and paste the sequences into the textbox window that will appear
617 (Figure \ref{loadtext}). In both cases, presuming that they are in the right
618 format, Jalview will happily read them into a new alignment window.
619 %[fig 8]
620
621 \begin{figure}[htbp]
622 \begin{center}
623 \includegraphics[width=2in]{images/menuloadtext.pdf}
624 \includegraphics[width=3in]{images/loadtextbox.pdf}
625 \caption{{\bf Opening an alignment from pasted text. }}
626 \label{loadtext}
627 \end{center}
628 \end{figure}
629
630
631 \subsection{From a Public Database}
632 \label{fetchseq}
633 Jalview can retrieve sequences and sequence alignments from the public databases
634 housed at the European Bioinformatics Institute, including Uniprot, Pfam, Rfam
635 and the PDB, as well as any DAS sequence server registered at the configured DAS
636 registry. Jalview's sequence fetching capabilities allow you to avoid having to
637 manually locate and save sequences from a web page before loading them into
638 Jalview. It also allows Jalview to gather additional metadata provided by the
639 source, such as annotation and database cross-references.
640 Select {\sl File $\Rightarrow$ Fetch Sequence(s) \ldots} from the main menu and
641 a window will appear (Figure \ref{loadseq}). Pressing the database selection
642 button in the dialog box opens a new window showing all the database sources
643 Jalview can access (grouped by the type of database). Once you've selected the
644 appropriate database, hit OK close the database selection window, and then enter
645 one or several database IDs or accession numbers separated by a semicolon and
646 press OK. Jalview will then attempt to retrieve them from the chosen database.
647 Example queries are provided for some databases to test that a source is
648 operational, and can also be used as a guide for the type of accession numbers
649 understood by the source.\footnote{Most DAS sources support {\em range queries}
650 that can be used to download just a particular range from a sequence database
651 record.}
652 % [fig 9]
653 \begin{figure}[htbp]
654 \begin{center}
655 \includegraphics[width=5in]{images/fetchseq.pdf}
656 \caption{{\bf Retrieving sequences from a public database.}}
657 \label{loadseq}
658 \end{center}
659 \end{figure}
660   
661
662 \exercise{Loading sequences}{
663 \label{load}
664 \exstep{Use {\sl Window $\Rightarrow$ Close All} from the Desktop window menu to
665 close all windows.}
666 \exstep{{\bf Loading sequences from URL:} Selecting File {\sl $\Rightarrow$
667 Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} from the Desktop and enter \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa} in the box.
668
669 Click OK to load the alignment.}
670 \exstep{{\bf Loading sequences from a file:} Close all windows using the
671 {\sl Window $\Rightarrow$ Close All} menu option from the Desktop.
672 Then type the same URL (\url{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}) into
673 your web browser and {\bf save} the file to your desktop.
674
675 Open the file you have just saved in Jalview by selecting {\sl File
676 $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From File} from the desktop menu and
677 selecting this file.
678 Click OK to load the alignment.}
679 \exstep{{\bf Loading sequences by `Drag and Drop' / `Cut and Paste':}
680
681 (i) Select {\sl Desktop $\Rightarrow$ Window
682 $\Rightarrow$ Close All}. Then drag the alignment.fa file from the desktop and
683 drop it onto the Jalview window, the alignment should open.
684
685 Test the differences
686 between (a) dragging the sequence onto the empty Jalview desktop  and (b)
687 dragging the sequence onto an existing alignment window.
688
689 (ii) Open \url{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa} in a
690 web browser. Drag the URL directly from browser window onto Jalview.
691
692 (If the URL is downloaded instead of opened in the browser, then
693 locate the file in your download directory and open it in a text editor.)
694
695 (iii) Open the alignment.fa file using text editor. Copy the sequence text from the
696 file into the clipboard and paste it into the desktop
697 background by right-clicking and selecting Paste to new alignment option.
698
699 (iv) In the text editor, copy the sequence text from
700 alignment.fa  into the clipboard (usually {\sl via} the browser's {\sl Edit
701 $\Rightarrow$ Copy} menu option). In the Desktop menu, select {\sl File
702 $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From Textbox}.
703 Paste the clipboard into the large window using the {\sl Edit $\Rightarrow$
704 Paste} text box menu option. Click {\sl New Window} and the alignment will be
705 loaded.}
706 \exstep{{\bf Loading sequences from Public Database:} Select {\sl File
707 $\Rightarrow$ Fetch Sequence(s)...} from the Desktop to open up new window
708 called New Sequence Fetcher.
709 Press database selection button at the top of the dialog box, this opens
710 another window called Select Database Retrieval Source showing all the database
711 sources.
712
713 Select the {\bf PFAM seed} database and click ok, then enter the accession
714 number {\bf PF03460} and click OK. An alignment of about 107 sequences should load.
715
716 Several database IDs
717 or accession numbers can be loaded by using semicolons to separate them.}}
718
719 \subsection{Memory Limits}
720 \label{memorylimits}
721 Jalview is a Java program. One unfortunate implication of this is that Jalview
722 cannot dynamically request additional memory from the operating system. It is
723 important, therefore, that you ensure that you have allocated enough memory to
724 work with your data. On most occasions, Jalview will warn you when you have
725 tried to load an alignment that is too big to fit in to memory (for instance,
726 some of the PFAM alignments are {\bf very} large). You can find out how much
727 memory is available to Jalview with the desktop window's {\sl $\Rightarrow$
728 Tools $\Rightarrow$ Show Memory Usage} function, which enables the display of
729 the currently available memory at the bottom left hand side of the Desktop
730 window's background. Should you need to increase the amount of memory available
731 to Jalview, full instructions are given in the built in documentation (opened by
732 selecting {\sl Help $\Rightarrow$ Documentation}) and on the JVM memory
733 parameters page (\url{http://www.jalview.org/jvmmemoryparams.html}).
734
735
736 \section{Writing Sequence Alignments}
737 \label{savingalignments} \subsection{Saving the Alignment} Jalview allows the
738 current sequence alignments to be saved to file so they can be restored at a
739 later date, passed to colleagues or analysed in other programs. From the
740 alignment window menu select {\sl File $\Rightarrow$ Save As} and a dialog box
741 will appear (Figure \ref{savealign}). You can navigate to an appropriate
742 directory in which to save the alignment. Jalview will remember the last filename
743 and format used to save (or load) the alignment, enabling you to quickly save
744 the file during or after editing by using the {\sl File $\Rightarrow$ Save} entry.
745
746 Jalview offers several different formats in which an alignment can be saved. The
747 jalview format (.jar) is the only format which will preserve the colours,
748 groupings and other additional information in the alignment. The other formats
749 produce text files containing just the sequences with no visualization information, although some
750 allow limited annotation and sequence features to be stored (e.g. AMSA).
751 Unfortunately only Jalview program can read Jalview files. The {\sl File
752 $\Rightarrow$ Output To Textbox} menu option allows the alignment to be copied and pasted into
753 other documents or web servers.
754
755 %[fig 10]
756 \begin{figure}[htbp]
757 \begin{center}
758 \parbox[c]{1.0in}{
759 \includegraphics[width=1.0in]{images/saveas.pdf}
760 }
761 \parbox[c]{4in}{
762 \includegraphics[width=4in]{images/saveas2.pdf}
763 }
764 \caption{{\bf Saving alignments in Jalview to disk.}}
765 \label{savealign}
766 \end{center}
767 \end{figure}
768
769 \subsection{Jalview Projects}
770 \parbox[c]{4in}{If you wish to save a complete Jalview session rather than
771 just a single alignment (e.g. because you have calculated trees or multiple
772 different alignments) then save your work as a Jalview Project
773 file (.jvp).\footnote{Tip: Ensure that you have allocated plenty of memory to
774 Jalview when working with large alignments in Jalview projects. See Section \protect
775 \ref{memorylimits} above for how to do this.}
776 From the main menu select {\sl File $\Rightarrow$ Save Project} and a file save
777 dialog box will appear. Loading a project will restore Jalview to exactly the
778 view at which the file was saved, complete with all alignments, trees,
779 annotation and displayed structures rendered appropriately.
780 } \parbox[c]{2in}{ \centerline {
781 \includegraphics[width=1.5in]{images/saveproj.pdf} }}
782
783 \exercise{Saving Alignments}{
784 \label{save}
785 \exstep{Launch Jalview, or use close all windows.
786 Load the ferredoxin
787 alignment from PFAM (seed) data base using the PFAM seed accession number
788 PF03460 (see Exercise \ref{load}). } \exstep{
789
790 Select {\sl File $\Rightarrow$ Save As} from the alignment window menu. Choose a
791 location into which to save the alignment and select your preferred format. All
792 formats except {\sl  Jalview } jvp can be viewed in a normal text editor (e.g.
793 Notepad) or in a web browser.
794 Enter a file name and click {\sl Save}.
795
796 Check this file by closing all windows and opening it with Jalview, or by
797 browsing to it with your web browser.}
798 \exstep{ Repeat the previous step saving the files in different file formats.}
799 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Output to Textbox $\Rightarrow$ FASTA}.
800 Select and copy this alignment to the clipboard using the textbox menu options
801 {\sl Edit $\Rightarrow$ Select All} followed by {\sl Edit $\Rightarrow$ Copy}.
802 The alignment can then be pasted into any application of choice, e.g. a word processor or web form.
803 }
804 \exstep{Ensure at least one alignment window is active in Jalview. Open the
805 overview window {\sl View $\Rightarrow$ Overview Window}
806  and scroll red box to any part of the alignment.
807 Select {\sl File
808 $\Rightarrow$ Save Project} from the main menu and save the project in a
809 suitable folder.
810
811 Close all windows and then load the project {\sl via} the {\sl File
812 $\Rightarrow$ Load Project} menu option. Observe how all the windows and
813 positions are exactly as they were when they were saved. } }
814
815
816 \section{Selecting and Editing Sequences}
817 \label{selectingandediting} 
818 Jalview makes extensive use of selections - most of the commands available from
819 its menus operate on the {\sl currently selected region} of the alignment, either to
820 change their appearance or perform some kind of analysis. This section
821 illustrates how to make and use selections and groups.
822
823 \subsection{Selecting Parts of an Alignment}
824 Selections can be of arbitrary regions in an alignment, one or more complete columns, or one or more complete sequences.
825  
826 A selected region can be copied and pasted as a new alignment using the {\sl Edit $\Rightarrow$ Copy} and {\sl Edit $\Rightarrow$ Paste $\Rightarrow$ To New Alignment}  in the alignment window menu options.
827
828 {\bf To clear (unselect)  the selection press the [ESC] (escape) key.}
829
830 \subsubsection{Selecting Arbitrary Regions}
831 To select part of an alignment, place the mouse at the top left corner of the region you wish to select. Press and hold the mouse button and drag the mouse to the bottom right corner of the chosen region then release the mouse button. A dashed red box appears around the selected region (Figure \ref{select}). 
832 %[fig 12]
833
834 \begin{figure}[htbp]
835 \begin{center}
836 \includegraphics[width=4in]{images/select1.pdf}
837 \caption{{\bf Selecting a region in an alignment.}}
838 \label{select}
839 \end{center}
840 \end{figure}
841
842 \subsubsection{Selecting Columns}
843 To select the same residues in all sequences, click and drag along the alignment ruler.
844 This selects the entire column of the alignment. Ranges of positions from the
845 alignment ruler can also be selected by clicking on the first position and then
846 holding down the [SHIFT] key whilst clicking the other end of the selection.
847 Discontinuous regions can be selected by holding down [CTRL] and clicking on positions to add to the column selection. Note that each [CTRL]-Click changes the current selected sequence region to that column, but adds to the column selection. Selected columns are indicated by red highlighting in the ruler bar (Figure \ref{selectcols}).
848 %[fig 13]
849
850 \begin{figure}[htbp]
851 \begin{center}
852 \includegraphics[width=4in]{images/select2.pdf}
853 \caption{{\bf Selecting multiple columns in an alignment.} The red highlighting
854 on the alignment ruler marks the selected columns. Note that only the most
855 recently selected column has a dashed-box around it to indicate a region
856 selection. }
857 \label{selectcols}
858 \end{center}
859 \end{figure}
860
861 \subsubsection{Selecting Sequences}
862
863 \begin{figure}[htb]
864 \begin{center}
865 \includegraphics[width=4in]{images/select3.pdf}
866 \caption{{\bf Selecting multiple sequences in an alignment.} Use [CTRL] or [SHIFT] to select many sequences at once.}
867 \label{selectrows}
868 \end{center}
869 \end{figure}
870
871 To select multiple complete sequences, click and drag the mouse down the
872 sequence ID panel. The same techniques as used for columns (above) can be used
873 with [SHIFT]-Click for continuous and [CTRL]-Click to select discontinuous
874 ranges of sequences (Figure \ref{selectrows}).
875 %[fig 14]
876
877 \subsubsection{Making Selections in Cursor Mode}
878
879 To define a selection in cursor mode (which is enabled by pressing [F2] when the alignment window is selected),
880 navigate to the top left corner of the proposed selection (using the mouse, the arrow keys, or the keystroke
881 commands described in Section \ref{cursormode}). Pressing the [Q] key marks this as the
882 corner. A red outline appears around the cursor (Figure \ref{cselect})
883
884 Navigate to the bottom right corner of the proposed selection and press the [M] key. This marks the bottom right corner of the selection. The selection can then be treated in the same way as if it had been created in normal mode.
885
886 \begin{figure}[htbp]
887 \begin{center}
888 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel1.pdf}
889 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel2.pdf}
890 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel3.pdf}
891 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel4.pdf}
892 \caption{{\bf Making a selection in cursor mode.} Navigate to the top left
893 corner (left), press [Q] (left center), navigate to the bottom right corner (right center) and press [M] (right).}
894 \label{cselect}
895 \end{center}
896 \end{figure}
897
898 \subsubsection{Inverting the Current Selection}
899
900 The current sequence or column selection can be inverted, using  {\sl Select
901 $\Rightarrow$ Invert Sequence/Column Selection} in the alignment window.
902 Inverting the selection is useful when selecting large regions in an alignment, 
903 simply select the region that is to be kept unselected, and then invert the selection.
904 This may also be useful when hiding large regions in an alignment (see Section \ref{hidingregions} below).
905 Instead of selecting the columns and rows that are to be hidden, simply select the region that is to be kept
906 visible, invert the selection, then select {\sl View $\Rightarrow$ Hide
907 $\Rightarrow$ Selected Region }.
908
909 \subsection{Creating Groups}
910 Selections are lost as soon as a different region is selected. Groups can be
911 created which are labeled regions of the alignment. To create a group, first
912 select the region which is to comprise the group. Then click the right mouse
913 button on the selection to bring up a context menu. Select {\sl Selection
914 $\Rightarrow$ Group $\Rightarrow$ Edit name and description of
915 current group}\footnote{In earlier versions of Jalview, this entry was variously
916 `Group', `Edit Group Name', or `JGroupXXXXX' (Where XXXXX was some serial
917 number).} then enter a name for the group in the dialogue box which appears.
918
919 \begin{figure}
920 \begin{center}
921 \includegraphics[width=3in]{images/group1.pdf}
922 \includegraphics[width=1.5in]{images/newgroup.pdf}
923 \caption{{\bf Creating a new group from a selection.}}
924 \label{makegroup}
925 \end{center}
926 \end{figure}
927
928 By default the new group will have a box drawn around it. The appearance of the group can be changed (see Section \ref{colours} below). This group will stay defined even when the selection is removed.
929
930 \subsection{Exporting the Current Selection}
931
932 The current selection can be copied to the clipboard (in PFAM format). It can
933 also be output to a textbox using the output functions in the pop-up menu
934 obtained by right clicking the current selection. The textbox enables quick
935 manual editing of the alignment prior to importing it into a new window (using
936 the [New Window] button) or saving to a file with the {\sl File $\Rightarrow$
937 Save As } pulldown menu option from the text box.
938
939
940 \exercise{Making Selections and Groups}{
941 \label{exselect}
942 \exstep{Close all windows in  Jalview.
943 Load the ferredoxin alignment (PFAM
944 ID PF03460  from PFAM seed database).
945 Choose a residue and  place the mouse
946 cursor on it. Note residue information will show in alignment window status bar.
947 Click and drag the mouse cursor to create a selection. As you drag, a red box
948 will `rubber band' out to 
949 show the extent of the selection.
950 Release the mouse
951 button and a red box should border the selected region.
952 Press [ESC] to clear the selection.}
953 \exstep{ Select one sequence by clicking on
954 the sequence ID panel. Note that the sequence ID takes on a highlighted
955 background and a red box appears around the selected sequence. 
956 Hold down [SHIFT] and click another sequence ID a few positions above or below. 
957 Note how the selection expands to include all the sequences between the two positions on which you clicked.
958
959 Hold down [CTRL] and then click on several sequences ID's both selected and
960 unselected. Note how unselected IDs are individually added to the selection and previously selected IDs are 
961 individually deselected.}
962 \exstep{ Select column by clicking on the Alignment Ruler. Note whole
963 column is highlighted with a red box.
964 Hold down [SHIFT] and click column beyond. Note the selection expands to include
965 all the sequences between the two positions on which you clicked.}
966
967 \exstep{ To selecting arbitrary regions in alignment, place the mouse at the top
968 left corner of the region you wish to select. Press and hold the mouse button. 
969 Drag the mouse to the bottom right corner of the chosen region and release the
970 mouse button and a dashed red box appears around the selected region}
971 \exstep{Enter Cursor mode using [F2] (or [Fn]-F2 for Macs).
972 Navigate to column 59, row 1 by pressing {\bf 5 9 , 1 [RETURN]}.
973 Press {\bf Q} to mark this position.
974 Navigate to column 65, row 8 by pressing {\bf 6 5 , 8 [RETURN]}. Press {\bf M}
975 to complete the selection. Note to clear the selection press the {\bf[ESC]}
976 key.}
977 \exstep{To create a {\bf group} from the selected the region, click the
978 right mouse button when mouse is on the selection, this opens a
979 pop-up menu in the alignment window.
980
981 Open the {\sl Selection $\Rightarrow$ Edit New Group $\Rightarrow$ Group Colour
982 } menu and select `Percentage Identity'.
983 This will turn the selected region into a group and colour it accordingly.}
984 \exstep{Hold down [CTRL] and use the mouse to select and deselect sequences in
985 the alignment by clicking on their Sequence ID label. Note how the group expands
986 to include newly selected sequences, and the `Percentage Identity' colouring changes. } \exstep{ Use the mouse to click and drag the right-hand edge of the selected group. Note again how the group resizes.}
987
988 \exstep{The current selection can be {\bf exported} and saved by right clicking
989 on the text area to open the Sequence ID pop-up menu. Follow the menus and pick an
990 output format (eg BLC) from the {\sl Selection $\Rightarrow$ Output to Textbox
991 \ldots} submenu.
992 }
993 \exstep{In the alignment output window, try manually editing the alignment,
994 importing group into a new alignment window by clicking the [New Window] button to import the
995 file into a new alignment window.}
996
997 % more? change colouring style. set border colour.
998 }
999
1000 \subsection{Reordering the Alignment}
1001 Sequence reordering is simple. Highlight the sequences to be moved then press the up or down arrow keys as appropriate (Figure \ref{reorder}). If you wish to move a sequence up past several other sequences it is often quicker to select the group past which you want to move it and then move the group rather than the individual sequence.
1002
1003 \begin{figure}[htbp]
1004 \begin{center}
1005 \includegraphics[width=3in]{images/move1.pdf}
1006 \includegraphics[width=3in]{images/move2.pdf}
1007 \caption{{\bf Reordering the alignment.} The selected sequence moves up one
1008 position on pressing the $\uparrow$ key.}
1009 \label{reorder}
1010 \end{center}
1011 \end{figure}
1012
1013 \exercise{Reordering the Alignment}{
1014 \exstep{Close all windows in Jalview from desktop. Load the ferredoxin alignment (e.g.the
1015 PFAM domain PF03460 from PFAM seed).
1016 Select one of the sequence in the sequence ID panel, use the up and down
1017 arrow keys to alter the sequence's position in the alignment. (Note that
1018 this will not work in cursor mode)}
1019 \exstep{To select and move multiple
1020 sequences, use hold [SHIFT] and [CTRL], and select two sequences separated by
1021 one or more un-selected sequences. Note how multiple sequences are grouped
1022 together when they are re-ordered using the up and down arrow keys.} }
1023
1024
1025 \subsection{Hiding Regions}
1026 \label{hidingregions}
1027 It is sometimes convenient to exclude some sequences or residues in the alignment without actually deleting them. Jalview allows sequences or alignment columns within a view to be hidden, and this facility has been used to create the several different views in the example alignment file that is loaded when Jalview is first started (See Figure \ref{startpage}).
1028
1029 To hide a set of sequences, select them and right-click the mouse on the
1030 selected sequence IDs to bring up the context pop-up menu. Select {\sl Hide
1031 Sequences} and the sequences will be concealed, with a small blue triangle indicating their position (Figure \ref{hideseq}). To unhide (reveal) the sequences, right click on the triangle and select {\sl Reveal Sequences} from the context menu.
1032
1033
1034  \begin{figure}[htbp]
1035 \begin{center}
1036 \includegraphics[width=1.5in]{images/hide1.pdf}
1037 \includegraphics[width=2.5in]{images/hide2.pdf}
1038 \includegraphics[width=1.75in]{images/hide3.pdf}
1039 \caption{{\bf Hiding Sequences} Hidden sequences are represented by a small blue
1040 triangle in the sequence ID panel.}
1041 \label{hideseq}
1042 \end{center}
1043 \end{figure}
1044
1045 A similar mechanism applies to columns (Figure \ref{hidecol}). Selected columns
1046 (indicated by a red marker) can be hidden and revealed in the same way {\sl via}
1047 the context pop-up menu by right clicking on the ruler bar. The hidden column
1048 selection is indicated by a small blue triangle in the ruler bar.
1049
1050  \begin{figure}[htbp]
1051 \begin{center}
1052 \includegraphics[width=2in]{images/hide4.pdf}
1053 \includegraphics[width=3in]{images/hide5.pdf}
1054 \includegraphics[width=1in]{images/hide6.pdf}
1055 \caption{{\bf Hiding Columns} Hidden columns are represented by a small blue
1056 triangle in the ruler bar.}
1057 \label{hidecol}
1058 \end{center}
1059 \end{figure}
1060
1061 It is often easier to select the region that you intend to work with, rather
1062 than the regions that you want to hide. In this case, select the required region and use the {\sl View $\Rightarrow$ Hide
1063 $\Rightarrow$ All but Selected Region } menu entry, or press [Shift]+[Ctrl]+H
1064 to hide the unselected region.
1065
1066 \subsubsection{Representing a Group with a Single Sequence}
1067
1068 Instead of hiding a group completely, it is sometimes useful to work with just one representative sequence. The {\sl $<$Sequence ID$>$ $\Rightarrow$ Represent group with $<$Sequence ID$>$ } option from the sequence ID pop-up menu enables this variant of the hidden groups function. The remaining representative sequence can be visualized and manipulated like any other. However, any alignment edits that affect the sequence will also affect the whole sequence group. 
1069
1070 \exercise{Hiding and revealing regions}{
1071 \exstep{Close all windows, open the PFAM accession PF03460. Select a
1072 contiguous set of sequences by clicking and dragging on the sequence ID panel.
1073 Right click on the selected sequence IDs to bring up the sequence ID pop-up
1074 menu, select {\sl Hide Sequences}.
1075 }
1076 \exstep{
1077 Right click on the blue triangle indicating hidden sequences and select {\sl
1078 Reveal Sequences} in the panel. (If you have hidden all sequences then you will
1079 need to use the alignment window menu option {\sl View $\Rightarrow$ Show $\Rightarrow$ All Sequences.}) }
1080 \exstep{
1081 Repeat the process but use a non-contiguous set of sequences. Note that when
1082 multiple regions are hidden there are two options, {\sl Reveal Sequences} and {\sl Reveal All}.
1083 }
1084 \exstep{Repeat the above using columns to hide and reveal columns
1085 instead of sequences.
1086 }
1087 \exstep{Select a region of the alignment, then add in some additional columns to
1088 the selection, and experiment with the `Hide all but selected region' function
1089 in {\sl View $\Rightarrow$ Hide $\Rightarrow$ All but selected region.}}
1090 \exstep{Select some sequences and pick one to represent the rest by hovering
1091 the mouse over this sequence. Bring up the Sequence ID pop-up menu by right
1092 clicking and then select {\sl (Sequence ID name) $\Rightarrow$ Represent group
1093 with (Sequence ID name )}. To reveal these hidden sequences, right click on the
1094 Sequence ID and in the pop-up menu select Reveal All.}}
1095
1096
1097 \begin{figure}[htb]
1098 \begin{center}
1099 \includegraphics[width=3in]{images/edit1.pdf}
1100 \includegraphics[width=3in]{images/edit2.pdf}
1101 \caption{{\bf Introducing gaps in a single sequence.} Gaps are introduced as the
1102 selected sequence is dragged to the right while pressing and holding [SHIFT].}
1103 \label{gapseq}
1104 \end{center}
1105 \end{figure}
1106
1107 \begin{figure}[htb]
1108 \begin{center}
1109 \includegraphics[width=3in]{images/edit3.pdf}
1110 \includegraphics[width=3in]{images/edit4.pdf}
1111 \caption{{\bf Introducing gaps in a group.} Gaps are introduced as the selected
1112 group is dragged to the right with [CTRL] pressed.}
1113 \label{gapgroup}
1114 \end{center}
1115 \end{figure}
1116
1117
1118
1119
1120 \subsection{Introducing and Removing Gaps}
1121
1122 The alignment view provides an interactive editing interface, allowing gaps to be inserted or deleted to the left of any position in a sequence or sequence group. Alignment editing can only be performed whilst in keyboard editing mode (entered by pressing [F2]) or by clicking and dragging residues with the mouse when [SHIFT] or [CTRL] is held down (which differs from earlier versions of Jalview).
1123
1124 \subsubsection{Locked Editing}
1125 \label{lockededits}
1126 The Jalview alignment editing model is different to that used in other alignment
1127 editors. Because edits are restricted to the insertion and deletion of gaps to the left of a particular sequence position, 
1128 editing has the effect of shifting the rest of the sequence(s) being edited down or up-stream with respect to the rest of 
1129 alignment. The {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps} option can be enabled to eliminate `ragged edges' at the end of the alignment, 
1130 but does not avoid the `knock-on' effect which is sometimes undesirable. 
1131 However, its effect can be limited by performing the edit within a selected region. 
1132 In this case, gaps will only be removed or inserted within the selected region. 
1133 Edits are similarly constrained when they occur adjacent to a hidden column.
1134
1135 \subsubsection{Introducing Gaps in a Single Sequence}
1136
1137 To introduce a gap, place the cursor on the residue to the immediate right of
1138 where the gap should appear. Hold down the SHIFT key and the left mouse button,
1139 then drag the sequence to the right until the required number of gaps has been inserted.
1140
1141 One common error is to forget to hold down [SHIFT]. This results in a selection which is one sequence high and one residue long. Gaps cannot be inserted in such a selection. The selection can be cleared and editing enabled by pressing the [ESC] key.
1142
1143 \subsubsection{Introducing Gaps in all Sequences of a Group}
1144
1145 To insert gaps in all sequences in a selection or group, place the mouse cursor on any residue in the selection or group to the immediate right of the position in which a gap should appear. Hold down the CTRL key and the left mouse button, then drag the sequences to the right until the required number of gaps has appeared.
1146
1147 Gaps can be removed by dragging the residue to the immediate right of the gap
1148 leftwards whilst holding down [SHIFT] (for single sequences) or [CTRL] (for a group of sequences).
1149 \subsubsection{Sliding Sequences}
1150
1151 Pressing the [$\leftarrow$] or [$\rightarrow$] arrow keys when one or more
1152 sequences are selected will ``slide'' the selected sequences to the left or
1153 right (respectively). Slides occur regardless of the region selection -
1154 which, for example, allows you to easily reposition misaligned subfamilies
1155 within a larger alignment.
1156
1157 \subsubsection{Undoing Edits}
1158 Jalview supports the undoing of edits {\sl via} the {\sl Edit $\Rightarrow$ Undo Edit}
1159 alignment window menu option, or CTRL-Z. An edit, if undone, may be re-applied
1160 with {\sl Edit $\Rightarrow$ Redo Edit}, or CTRL-Y. Note, however, that the
1161 {\sl Undo} function only works for edits to the alignment or sequence ordering.
1162 Colouring of the alignment, showing and hiding of sequences or modification of
1163 annotation cannot be undone.
1164
1165
1166 % % better idea to introduce hiding sequences, and use the invert selection, hide
1167 % others, to simplify manual alignment construction
1168 \exercise{Editing Alignments}{
1169 \label{mousealedit}
1170 % TODO: VERIFY FOR 2.6.1 and 2.7 - NUMBERING/INSTRUCTIONS APPEAR OFF
1171 {You are going to manually reconstruct part of the example Jalview alignment
1172  available at
1173  \href{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}.
1174
1175  \item{Remember to use [CTRL]+Z to undo an edit, or the {\sl File $\Rightarrow$
1176  Reload } function to revert the alignment back to the original version if you
1177  want to start again.}
1178  \item{ If you are using OSX, and a key combination - such as [CTRL]+A - does
1179  not work, then try pressing the [CMD] key instead of [CTRL].
1180  }
1181
1182 \exstep{ Load the URL
1183 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa} which contains part of the
1184 ferredoxin alignment from PF03460.
1185 }
1186
1187 \exstep{ Select the first 7 sequences, and press H to hide them (or right click
1188 on the sequence IDs to open the sequence ID pop-up menu, and select {\sl Hide
1189 Sequences}). }
1190
1191 \exstep{ Select FER3\_RAPSA and FER\_BRANA. Slide the sequences to
1192 the left so the initial {\bf A} lies at column 57 using the $\Rightarrow$ key.}
1193
1194 \exstep{ Select FER1\_SPIOL, FER1\_ARATH, FER2\_ARATH, Q93Z60\_ARATH and
1195 O80429\_MAIZE
1196
1197 (Hint: you can do this by pressing [CTRL]-I to invert the sequence selection and then
1198 deselect FER1\_MAIZE), and use the $\Rightarrow$ key to slide them to so they
1199 begin at column 5 of the alignment view.} 
1200
1201 \exstep{ Select all the visible
1202 sequences (those not hidden) in the block by pressing [CTRL]-A.
1203
1204 Insert a single
1205 gap in all selected sequences at column 38 of the alignment by holding [CTRL]
1206 and clicking on the R at column 38 in the FER1\_SPIOL, then drag one
1207 column to right.
1208 Insert another gap at column 47 in all sequences in the same way.}
1209
1210 \exstep{ Correct the ferredoxin domain alignment for FER1\_SPIOL by
1211 inserting two additional gaps after the gap at column 47: First press [ESC] to
1212 clear the selection, then hold [SHIFT] and click and drag on the G and move it
1213 two columns to the right.}
1214
1215 \exstep{ Now complete the
1216 alignment of FER1\_SPIOL with a {\bf locked edit} by pressing [ESC] and select
1217 columns 47 to 57 of the FER1\_SPIOL row. Move the mouse onto the G at column 50,
1218 hold [SHIFT] and drag the G in column 47 of FER1\_SPIOL to the left by one
1219 column to insert a gap at column 57.}
1220
1221 \exstep{ In the next two steps you will complete the alignment of the last two sequences.
1222
1223 Select the last two sequences (FER1\_MAIZE and O80429\_MAIZE), then press [SHIFT]
1224 and click and drag the initial methionine of O80429\_MAIZE 5 columns to the right
1225 so it lies at column 10.
1226
1227 Keep holding [SHIFT] and click and drag to insert
1228 another gap at the proline at column 25 (25C in cursor mode). Remove the gap at
1229 column 44, and insert 4 gaps at column 47 (after AAPM).}
1230
1231 \exstep{ Hold [SHIFT] and drag the I at column 39 of FER1\_MAIZE 2 columns to the
1232 right. Remove the gap at FER1\_MAIZE column 49 by [SHIFT]+click and drag left by
1233 one column. Press [ESC] to clear the selection, and then insert three gaps in
1234 FER1\_MAIZE at column 47 by holding [SHIFT] and click and drag the S in FER1\_MAIZE to the right by three columns. Finally,
1235 remove the gap in O80429\_MAIZE at column 56 using [SHIFT]-drag to the left on
1236 56C.}
1237
1238 \exstep{ Use the
1239 {\sl Edit $\Rightarrow$ Undo Edit} and {\sl Edit $\Rightarrow$ Redo Edit} menu
1240 option, or their keyboard shortcuts ([CTRL]+Z and [CTRL]+Y) to step 
1241 backwards and replay the edits you have made.}
1242
1243 }
1244
1245 \subsubsection{Editing in Cursor mode}
1246
1247 Gaps can be easily inserted when in cursor mode (toggled with [F2]) by
1248 pressing [SPACE]. Gaps will be inserted at the cursor, shifting the residue
1249 under the cursor to the right. To insert {\sl n} gaps type {\sl n} and then
1250 press [SPACE]. To insert gaps into all sequences of a group, use [CTRL]-[SPACE]
1251 or [SHIFT]-[SPACE] (both keys held down together).
1252
1253 Gaps can be removed in cursor mode by pressing [BACKSPACE]. First make sure you
1254 have everything unselected by pressing ESC. The gap under the cursor will be
1255 removed. To remove {\sl n} gaps, type {\sl n} and then press [BACKSPACE]. Gaps
1256 will be deleted up to the number specified. To delete gaps from all sequences of
1257 a group, press [CTRL]-[BACKSPACE] or [SHIFT]-[BACKSPACE] (both keys held down
1258 together). Note that the deletion will only occur if the gaps are in the same
1259 columns in all sequences in the selected group, and those columns are to the
1260 right of the selected residue.
1261
1262 \exercise{Keyboard Edits}{ \item{This continues on from exercise
1263 \ref{mousealedit}, and recreates the final part of the example ferredoxin
1264 alignment from the unaligned sequences using Jalview's keyboard editing mode.
1265
1266 {\bf {\sl Note for Windows Users:}} The [SHIFT]-[SPACE] command has the same effect as
1267 the [CTRL]-[SPACE] command mentioned in this exercise, and you should use
1268 [SHIFT]-[SPACE] in order to avoid opening the window menu.}
1269
1270 \exstep{Load the sequence alignment at
1271 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa}, or continue using the
1272 edited alignment from exercise \ref{mousealedit}.  If you continue from the
1273 previous exercise, then first right click on the sequence ID panel and select
1274 {\sl Reveal All}.
1275
1276 Now, enter cursor mode by pressing [F2]}
1277 % TODO: BACKSPACE or DELETE WHEN SEQS ARE SELECTED WILL DELETE ALL SEQS JAL-783
1278 \exstep{Insert 58 gaps at the start of the first sequence (FER\_CAPAA). Press {\sl 58} then {\sl [SPACE]}. }
1279 \exstep{Go down one sequence and select rows 2-5 as a block. Click on the second sequence ID (FER\_CAPAN). Hold down shift and click on the fifth (FER1\_PEA). }
1280 \exstep{Insert 6 gaps at the start of this group. Go to column 1 row 2 by typing
1281 {\sl 1,2} then press {\sl [RETURN]}. Now insert 6 gaps in all the sequences.
1282 Type {\sl 6} then hold down {\sl [CTRL]} and press {\sl [SPACE]}.} \exstep{Now insert one gap at column 34 and another at 38. Insert 3 gaps at 47.
1283 Press {\sl 34C} then {\sl [CTRL]-[SPACE]}.  Press {\sl 38C} then [CTRL]-[SPACE].
1284 Press {\sl 47C} then {\sl 3 [CTRL-SPACE]} the first through fourth sequences are
1285 now aligned.}
1286 \exstep{The fifth sequence (FER1\_PEA) is poorly aligned. We will delete some gaps and add some new ones. Press {\sl [ESC]} to clear the selection. Navigate to the start of sequence 5 and delete 3 gaps. Press {\sl 1,5 [RETURN]} then {\sl 3 [BACKSPACE]} to delete three gaps. Go to column 31 and delete the gap. Press {\sl 31C [BACKSPACE]} .}
1287 \exstep{ Similarly delete the gap now at column 34, then insert two gaps at column 38. Press {\sl 34C [BACKSPACE]  38C 2 [SPACE]}. Delete three gaps at column 44 and insert one at column 47 by pressing {\sl 44C 3 [BACKSPACE] 47C [SPACE]}.  The top five sequences are now aligned.}
1288 }
1289
1290 \section{Colouring Sequences}
1291 \label{colours}
1292
1293 Colouring sequences is a key aspect of alignment presentation. Jalview allows
1294 you to colour the whole alignment, or just specific groups. Alignment and
1295 group colours are rendered
1296 {\sl below} any other colours, such as those arising from sequence features
1297 (these are described in Section \ref{featannot}). This means that if you
1298 try to apply one of the colourschemes described in this section, and nothing
1299 appears to happen, it may be that you have sequence feature annotation
1300 displayed, and you may have to disable it using the {\sl View $\Rightarrow$
1301 Show Features} option before you can see your colourscheme.
1302
1303 There are two main types of colouring styles: {\bf simple static residue}
1304 colourschemes and {\bf dynamic schemes} which use conservation and consensus
1305 analysis to control colouring. {\bf Hybrid colouring} is also possible, where
1306 static residue schemes are modified using a dynamic scheme. The individual schemes are described in Section \ref{colscheme} below.
1307
1308 \subsection{Colouring the Whole Alignment}
1309
1310 \parbox[c]{3.75in}{The alignment can be coloured {\sl via} the {\sl Colour} menu option in the alignment window. Selecting the colour scheme causes all residues to be coloured. The menu is divided into three sections. The first section gives options for the behaviour of the menu options, the second lists static and dynamic colourschemes available for selection. The last gives options for making hybrid colourschemes using conservation shading or colourscheme thresholding. 
1311
1312 }\parbox[c]{3in}{
1313 \centerline {
1314 \includegraphics[width=2.5in]{images/colour2.pdf}
1315 }
1316 }
1317
1318 \subsection{Colouring a Group or Selection}
1319
1320 Selections or groups can be coloured in two ways. The first is {\sl via} the Alignment Window's {\sl Colour} menu as stated above,
1321  after first ensuring that the {\sl Apply Colour To All Groups} flag is not selected. 
1322  This must be turned {\sl off} specifically as it is {\sl on} by default. 
1323  When unticked, selections from the Colours menu will only change the colour for residues in the current selection, 
1324  or the alignment view's ``background colourscheme'' when no selection exists.
1325
1326 The second method is to select sequences and right click mouse to open pop-up
1327 menu and select {\sl Selection $\Rightarrow$ Edit New Group $\Rightarrow$ Group
1328 Colour} from context menu options
1329 (Figure \ref{colgrp}). This only changes the colour of the current selection or group.
1330
1331 \begin{figure}[htbp]
1332 \begin{center}
1333 %TODO update group_col.pdf to show latest jalview group edit submenu
1334 \includegraphics[width=4in]{images/group_col.pdf}
1335 \caption{{\bf Colouring a group via the context menu.}}
1336 \label{colgrp}
1337 \end{center}
1338 \end{figure}
1339
1340 \subsection{Shading by Conservation}
1341 For many colour schemes, the intensity of the colour in a column can be scaled
1342 by the degree of amino acid property conservation. Selecting {\sl Colour
1343 $\Rightarrow$ By Conservation} enables this mode, and {\sl Modify
1344 Conservation Threshold...} brings up a selection box (the {\sl Conservation
1345 Colour Increment} dialog box) allowing the alignment colouring to be modified.
1346 Selecting a higher value limits colouring to more highly conserved columns (Figure \ref{colcons}).
1347
1348  \begin{figure}[htbp]
1349 \begin{center}
1350 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons1.pdf}
1351 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons3.pdf}
1352 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons5.pdf}
1353 \caption{{\bf Conservation Shading} The density of the ClustalX style residue colouring is controlled by the conservation threshold. The effect of 0\% (left), 50\% (center) and 100\% (right) thresholds are shown.
1354 }
1355 \label{colcons}
1356 \end{center}
1357 \end{figure}
1358
1359 \subsection{Thresholding by Percentage Identity}
1360
1361 `Thresholding' is another hybrid colour model where a residue is only coloured
1362 if it is not excluded by an applied threshold. Selecting {\sl Colour $\Rightarrow$ Above Identity Threshold} brings up a selection box with a slider controlling the minimum percentage identity threshold to be applied. Selecting a higher threshold (by sliding to the right) limits the colouring to columns with a higher percentage identity (as shown by the Consensus histogram in the annotation panel).
1363
1364 \subsection{Colouring by Annotation}
1365 \label{colourbyannotation}
1366 \parbox[c]{3.2in}{
1367 Any of the {\bf quantitative} annotations shown on an alignment can be used to
1368 threshold or shade the whole alignment.\footnote{Please remember to turn off
1369 Sequence Feature display to see the shading} 
1370
1371 The {\sl Colour $\Rightarrow$ By
1372 Annotation} option opens a dialog which allows you to select which annotation
1373 to use, the minimum and maximum shading colours or whether the original
1374 colouring should be thresholded (the `Use original colours' option).
1375
1376 Default settings for minimum and maximum colours can be set in the Jalview
1377 Desktop's preferences.  
1378 }\parbox[c]{3in}{
1379 \centerline{\includegraphics[width=2.8in]{images/col_byannot.pdf}}}
1380
1381 The {\bf per Sequence} option in the {\bf Colour By Annotation} dialog
1382 allows each sequence to be shaded according to sequence associated annotation
1383 rows, such as protein disorder scores. This functionality is described further
1384 in Section \ref{protdisorderpred}.
1385
1386 \subsection{Colour Schemes} 
1387
1388 \label{colscheme}
1389 Full details on each colour scheme can be found in the Jalview on-line help. A brief description of each one is provided below:
1390
1391 \subsubsection{ClustalX}
1392
1393
1394  \parbox[c]{3.5in}{This is an emulation of the default colourscheme used for alignments in ClustalX, a graphical interface for the ClustalW multiple sequence alignment program. Each residue in the alignment is assigned a colour if the amino acid profile of the alignment at that position meets some minimum criteria specific for the residue type. }
1395 \parbox[c]{3in}{\includegraphics[width=2.75in]{images/col_clustalx.pdf}}
1396
1397 \subsubsection{Blosum62}
1398
1399 \parbox[c]{3.5in}{Gaps are coloured white. If a residue matches the consensus sequence residue at that position it is coloured dark blue. If it does not match the consensus residue but the Blosum62 matrix gives a positive score, it is coloured light blue.}
1400 \parbox[c]{3in}{
1401 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_blosum62.pdf}
1402 }
1403
1404 \subsubsection{Percentage Identity}
1405 \parbox[c]{3.5in}{
1406 The Percent Identity option colours the residues (boxes and/or text) according to the percentage of the residues in each column that agree with the consensus sequence. Only the residues that agree with the consensus residue for each column are coloured.
1407 }
1408 \parbox[c]{3in}{
1409 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_percent.pdf}
1410 }
1411
1412 \subsubsection{Zappo}
1413 \parbox[c]{3.5in}{
1414 The residues are coloured according to their physicochemical properties. The physicochemical groupings are Aliphatic/hydrophobic, Aromatic, Positive, Negative, Hydrophillic, conformationally special, and Cyst(e)ine.
1415 }
1416 \parbox[c]{3in}{
1417 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_zappo.pdf}
1418 }
1419
1420 \subsubsection{Taylor}
1421
1422 \parbox[c]{3.5in}{
1423 This colour scheme was devised by Willie Taylor and an entertaining description of it's origin can be found in Protein Engineering, Vol 10 , 743-746 (1997)
1424 }
1425 \parbox[c]{3in}{
1426 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_taylor.pdf}
1427 }
1428
1429 \subsubsection{Hydrophobicity}
1430 \parbox[c]{3.5in}{
1431 Residues are coloured according to the hydrophobicity table of Kyte, J., and Doolittle, R.F., J. Mol. Biol. 1157, 105-132, 1982. The most hydrophobic residues are coloured red and the most hydrophilic ones are coloured blue.
1432 }
1433 \parbox[c]{3in}{
1434 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_hydro.pdf}
1435 }
1436
1437 \subsubsection{Helix Propensity}
1438
1439 \parbox[c]{3.5in}{
1440 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\footnote{\label{chou-fasman}Chou, PY and Fasman, GD. Annu Rev Biochem. 1978;47:251-76.} helix propensity. The highest propensity is magenta, the lowest is green.
1441 }
1442 \parbox[c]{3in}{
1443 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_helix.pdf}
1444 }
1445
1446 \subsubsection{Strand Propensity}
1447
1448 \parbox[c]{3.5in}{
1449 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} Strand propensity. The highest propensity is Yellow, the lowest is blue.
1450 }
1451 \parbox[c]{3in}{
1452 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_strand.pdf}
1453 }
1454
1455
1456
1457 \subsubsection{Turn Propensity}
1458 \parbox[c]{3.5in}{
1459 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} turn propensity. The highest propensity is red, the lowest is cyan.
1460 }
1461 \parbox[c]{3in}{
1462 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_turn.pdf}
1463 }
1464
1465 \subsubsection{Buried Index}
1466 \parbox[c]{3.5in}{
1467 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} burial propensity. The highest propensity is blue, the lowest is green.
1468 }
1469 \parbox[c]{3in}{
1470 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_buried.pdf}
1471 }
1472  
1473
1474 \subsubsection{Nucleotide}
1475 \parbox[c]{3.5in}{ Residues are coloured with four colours corresponding to the
1476 four nucleotide bases. All non ACTG residues are uncoloured. See Section
1477 \ref{workingwithnuc} for further information about working with nucleic acid
1478 sequences and alignments.
1479 } \parbox[c]{3in}{ \includegraphics[width=2.75in]{images/col_nuc.pdf} }
1480
1481 \subsubsection{Purine Pyrimidine}
1482 \parbox[c]{3.5in}{ Residues are coloured according to whether the corresponding
1483 nucleotide bases are purine (magenta) or pyrimidine (cyan) based. All non ACTG
1484 residues are uncoloured. For further information about working with nucleic acid
1485 sequences and alignments, see Section \ref{workingwithnuc} 
1486 %and Section \ref{workingwithrna}
1487 .
1488
1489 } \parbox[c]{3in}{ \includegraphics[width=2.75in]{images/col_purpyr.pdf} }
1490
1491 \subsubsection{RNA Helix colouring}
1492 \parbox[c]{3.5in}{ Columns are coloured according to their assigned RNA helix as
1493 defined by a secondary structure annotation line on the alignment. Colours for
1494 each helix are randomly assigned, and option only available when an RNA
1495 secondary structure row is present on the alignment. 
1496 % For more details see Section \ref{workingwithrna} 
1497 } \parbox[c]{3in}{
1498 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_rnahelix.pdf} }
1499
1500 \exercise{Colouring Alignments}{ 
1501 \exstep{Ensuring that the {\sl Apply Colour To All Groups} flag is not selected
1502 in View sequence alignment menu.
1503  This must be turned {\sl off} specifically as it is {\sl on} by default.}
1504 \exstep{
1505 Open a sequence alignment, for example the PFAM domain PF03460 in PFAM seed.
1506 Select the alignment menu option {\sl Colour $\Rightarrow$ ClustalX}. Note the colour change. Now try all the other colour schemes in the {\sl Colour} menu. Note that some colour schemes do not colour all residues.
1507 }
1508 \exstep{
1509 Colour the alignment using {\sl Colour  $\Rightarrow$ Blosum62}. Select a group
1510 of around 4 similar sequences. Use the context menu (right click on the group)
1511 option {\sl Selection $\Rightarrow$ Group $\Rightarrow$ Group Colour
1512 $\Rightarrow$ Blosum62} to colour the selection. Notice how some residues which
1513 were not coloured are now coloured. The calculations performed for dynamic
1514 colouring schemes like Blosum62 are based on the group being coloured, not the
1515 whole alignment (this also explains the colouring changes observed in exercise
1516 \ref{exselect} during the group selection step).
1517 }
1518 \exstep{
1519 Keeping the same selection as before, colour the complete alignment using {\sl Colour  $\Rightarrow$ Taylor}. Select the menu option  {\sl Colour  $\Rightarrow$ By Conservation}. Slide the selector from side to side and observe the changes in the alignment colouring in the selection and in the complete alignment. 
1520 }
1521 }
1522
1523 \subsubsection{User Defined}
1524 This dialogue allows the user to create any number of named colour schemes at will. Any residue may be assigned any colour. The colour scheme can then be named. If you save the colour scheme, this name will appear on the Colour menu (Figure \ref{usercol}).
1525
1526
1527 \begin{figure}[htbp]
1528 \begin{center}
1529 \includegraphics[width=2.5in]{images/col_user1.pdf}
1530 \includegraphics[width=2in]{images/col_user2.pdf}
1531 \includegraphics[width=1.75in]{images/col_user3.pdf}
1532 \caption{{\bf Creation of a user defined colour scheme.} Residue types are assigned colours (left). The profile is saved (center) and can then be accessed {\sl via} the {\sl Colour} menu (right).}
1533 \label{usercol}
1534 \end{center}
1535 \end{figure}
1536
1537
1538 \exercise{User defined colour schemes}{
1539 \exstep{Load a sequence alignment. Select the alignment menu option {\sl Colour $\Rightarrow$ User Defined}. A dialogue window will open.
1540 }
1541 \exstep{Click on an amino acid button, then select a colour for that amino acid. Repeat till all amino acids are coloured to your liking.
1542 }
1543 \exstep{ Insert a name for the colourscheme in the appropriate field and click {\sl Save Scheme}. You will be prompted for a file name in which to save the colour scheme. The dialogue window can now be closed.
1544 }
1545 \exstep{
1546 The new colour scheme appears in the list of colour schemes in the {\sl Colour} menu and can be selected in future Jalview sessions.
1547 }
1548 }
1549
1550 \section{Alignment Formatting and Graphics Output}
1551 \label{layoutandoutput}
1552 Jalview is a WYSIWIG alignment editor. This means that for most kinds of graphics output, 
1553 the layout that is seen on screen will be the same as what is outputted in an
1554 exported graphics file.
1555 It is therefore important to pick the right kind of display layout prior to generating figures. 
1556
1557 \subsection{Multiple Alignment Views}
1558
1559 Jalview is able to create multiple independent visualizations of the same underlying alignment - these are called {\sl Views}. Because each view displays the same underlying data, any edits performed in one view will update the alignment or annotation visible in all views.
1560
1561 \parbox[c]{4in}{Alignment views are created using the {\sl View $\Rightarrow$ New View} option of the alignment window or by Pressing [CTRL]-T. This will create a new view with the same groups, alignment layout and display options as the current one. Pressing G will gather together Views as named tabs on the alignment window, and pressing X will expand gathered Views so they can be viewed simultaneously in their own separate windows. To delete a group, press [CTRL]-W.}\parbox[c]{2.75in}{
1562 \begin{center}\centerline{
1563 \includegraphics[width=2.5in]{images/mulv_tabs.pdf}}
1564 \end{center}
1565 }
1566
1567 % JBPNote make an excercise on views ?
1568
1569 \subsection{Alignment Layout}
1570 Jalview provides two screen layout modes, unwrapped (the default) where the alignment is in one long line across the window, and wrapped, where the alignment is on multiple lines, each the width of the window. Most layout options are controlled by the Format menu option in the alignment window, and control the overall look of the alignment in the view (rather than just a selected region).
1571
1572 \subsubsection{Wrapped Alignments}
1573 Wrapped alignments can be toggled on and off using the {\sl Format $\Rightarrow$ Wrap} menu option (Figure \ref{wrap}). Note that the annotation lines are also wrapped. Wrapped alignments are great for publications and presentations but are of limited use when working with large numbers of sequences. 
1574
1575 If annotations are not all visible in wrapped mode, expand the alignment window to view them. Note that alignment annotation (see Section \ref{featannot}) cannot be interactively created or edited in wrapped mode, and selection of large regions is difficult. 
1576 \begin{figure}[htbp]
1577 \begin{center}
1578 \parbox[c]{2in}{\includegraphics[width=2in]{images/wrap1.pdf}}
1579 \parbox[c]{4in}{\includegraphics[width=4in]{images/wrap2.pdf}}
1580 \caption{{\bf Wrapping the alignment.}}
1581 \label{wrap}
1582 \end{center}
1583 \end{figure}
1584
1585
1586 \subsubsection{Fonts}
1587
1588 \parbox[c]{4in}{The text appearance in a view can be modified {\sl via} the {\sl Format $\Rightarrow$ Font\ldots} alignment window menu. This setting applies for all alignment and annotation text except for that displayed in tool-tips. Additionally, font size and spacing can be adjusted rapidly by clicking the middle mouse button and dragging across the alignment window.}
1589 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=1.75in]{images/font.pdf}}}
1590
1591 \subsubsection{Numbering and Label Justification}
1592 Options in the {\sl Format} menu are provided to control the alignment view, and provide a range of options to control the display of sequence and alignment numbering, the justification of sequence IDs and annotation row column labels on the annotation rows shown below the alignment.
1593
1594 \subsubsection{Alignment and Group Colouring and Appearance}
1595 The display of hidden row/column markers and gap characters can be turned off with {\sl Format $\Rightarrow$ Hidden Markers} and {\sl Format $\Rightarrow$ Show Gaps}, respectively. The {\sl Text} and {\sl Colour Text} option controls the display of sequence text and the application of alignment and group colouring to it. {\sl Boxes } controls the display of the background area behind each residue that is coloured by the applied coloursheme.  
1596
1597 \subsubsection{Highlighting Nonconserved Symbols}
1598 The alignment layout and group sub-menu both contain an option to hide
1599 conserved symbols from the alignment display ({\sl Format $\Rightarrow$ Show
1600 nonconserved } in the alignment window or {\sl Selection $\Rightarrow$ Group
1601 $\Rightarrow$ Show Nonconserved} by right clicking on a group). This mode is useful when working with
1602 alignments that exhibit a high degree of homology, because Jalview will only
1603 display gaps or sequence symbols that differ from the consensus for each
1604 column, and render all others with a `.'.
1605 %TODO add a graphic to illustrate this.
1606 \subsection{Annotation Ordering and Display}
1607 % TODO: describe consensus, conservation, quality user preferences, and group
1608 % annotation preferences.
1609 The annotation lines which appear below the sequence alignment are described in
1610 detail in Section \ref{featannot}. They can be hidden by toggling the {\sl View
1611 $\Rightarrow$ Show Annotations} menu option. Additionally, each annotation line
1612 can be hidden and revealed in the same way as sequences {\sl via} the
1613 pop-up context menu on the annotation name panel (Figure \ref{annot}).
1614 Annotations can be reordered by dragging the annotation line label on the annotation label panel. Placing the
1615 mouse over the top annotation label brings up a resize icon on the left. When this is
1616 displayed, Click-dragging up and down provides more space in the alignment window for viewing the annotations, and less space for the sequence alignment.
1617
1618 \begin{figure}
1619 \begin{center}
1620 \includegraphics[width=2.5in]{images/annot1.pdf}
1621 \includegraphics[width=2.5in]{images/annot2.pdf}
1622 \caption{{\bf Hiding Annotations} Annotations can either be hidden from the {\sl
1623 View} menu (left) or individually from the context menu (right).}
1624 \label{annot}
1625 \end{center}
1626 \end{figure}
1627
1628 \exercise{Alignment Layout}{
1629 \label{exscreen}
1630 \exstep{Start Jalview and open the URL \textsf{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}. 
1631 Select {\sl Format $\Rightarrow$ Wrap} from the alignment window menu. 
1632 Experiment with the various options from the {\sl Format} menu, for example adjust the ruler placement, 
1633 sequence ID format and so on. }
1634 \exstep{Hide all the annotation rows by selecting {\sl View $\Rightarrow$ Show Annotations} from the alignment window menu. Reveal the annotations by selecting the same menu option.} 
1635 \exstep{Deselect {\sl Format $\Rightarrow$ Wrap}. Right click on the
1636 annotation row labels to bring up the pop-up context menu, then select {\sl
1637 Hide This Row}. Bring up the pop-up context menu again and select {\sl
1638 Show All Hidden Rows} to reveal them.}
1639 \exstep{Annotations can be reordered by clicking and dragging the row to the desired position. Click on the {\sl Consensus} row and drag it upwards to just above {\sl Quality}. The rows should now be reordered. Features and annotations are covered in more detail in Section \ref{featannot} below.}
1640 \exstep{Move the mouse to the top left hand corner of the Secondary Structure annotation row label - 
1641 a grey up/down arrow symbol should appear - when this is shown, the height of the {\sl Annotation Area} can be changed 
1642 by clicking and dragging the mouse up or down.}
1643 }
1644
1645 \subsection{Graphical Output}
1646 \label{figuregen}
1647 \parbox[c]{4in}{Jalview allows alignments figures to be exported in three different formats, each of which is suited to a particular purpose. Image export is {\sl via} the {\sl File $\Rightarrow$ Export Image $\Rightarrow$ \ldots } alignment window menu option. }
1648 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=1.25in]{images/image.pdf}}}
1649
1650 \subsubsection{HTML}
1651
1652 \parbox[c]{3in}{HTML is the format used by web pages. Jalview outputs the alignment as an HTML table with all the colours and fonts as seen. Any additional annotation will also be embedded as sensitive areas on the page, such as URL links for each sequence's ID label. This file can then be viewed directly with any web browser. Each residue is placed in an individual table cell. Unwrapped alignments will produce a very wide page.}
1653 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_html.pdf}}}
1654
1655 \subsubsection{EPS}
1656 \parbox[c]{3in}{EPS is Encapsulated Postscript. {\bf It is the format of choice
1657 for publications and posters} as it gives the highest quality output of any of
1658 the image types. It can be scaled to any size, so will still look good on an A0
1659 poster.
1660 This format can be read by most good presentation and graphics packages such as Adobe Illustrator or Inkscape.
1661 }
1662 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_eps.pdf}} \par \centerline{Zoom Detail of EPS image.}}
1663
1664 \subsubsection{PNG}
1665 \parbox[c]{3in}{
1666 PNG is Portable Network Graphics. This output option produces an image that can be easily included in web pages and incorporated in presentations using e.g. Powerpoint or Open Office. It is a bitmap image so does not scale and is unsuitable for use on posters, or in publications.
1667
1668 For submission of alignment figures to journals, please use EPS\footnote{If the journal complains, {\em insist}.}.
1669 }
1670 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_png.pdf}} \par \centerline{Zoom Detail of PNG image.}}
1671  \exercise{Graphical Output}{
1672 \exstep{Load the example Jalview Jar file in Exercise \ref{exscreen}. 
1673 Customise it how you wish but leave it unwrapped. 
1674 Select {\sl File $\Rightarrow$ Export Image $\Rightarrow$ HTML} from the alignment menu. 
1675 Save the file and open it in your favoured web browser.  }
1676 \exstep{Wrap the alignment and export the image to HTML again. Compare the two
1677 images. (Note that the exported image matches the format displayed in the
1678 alignment window but {\bf annotations are not exported}).}
1679 \exstep{Export the alignment using the {\sl File $\Rightarrow$ Export Image $\Rightarrow$ PNG} menu option. 
1680 Open the file in an image viewer that allows zooming such as Paint or Photoshop (Windows), or Preview (Mac OS X) and zoom in. 
1681 Notice that the image is a bitmap and it becomes pixelated very quickly. 
1682 (Note that the {\bf annotation lines are included} in the image.)}
1683 \exstep{Export the alignment using the {\sl File $\Rightarrow$ Export Image
1684 $\Rightarrow$ EPS} menu option. Open the file in a suitable program such as
1685 Photoshop, Illustrator, Inkscape, Ghostview, Powerpoint (Windows), or
1686 Preview (Mac OS X). Zoom in and note that the image has near-infinite
1687 resolution.} }
1688
1689 \chapter{Analysis and Annotation}
1690 \label{analysisannotation}
1691
1692 This chapter describes the annotation, analysis, and visualization tasks that
1693 the Jalview Desktop can perform.
1694
1695 Section \ref{wkwithstructure} introduces the structure visualization
1696 capabilities of Jalview. In Section \ref{alignanalysis}, you will find
1697 descriptions and exercises on building and displaying trees, PCA analysis,
1698 alignment redundancy removal, pairwise alignments and alignment conservation
1699 analysis. Section \ref{jvwebservices} introduces the various web based services
1700 available to Jalview users, and Section \ref{jabaservices} explains how to
1701 configure the Jalview Desktop for access to new JABAWS servers.
1702 Section \ref{msaservices} describes how to use the range of multiple alignment
1703 programs provided by JABAWS, and Section \ref{aacons} introduces JABAWS' AACon
1704 service for protein multiple alignment conservation analysis.
1705 Section \ref{protsspredservices} explains how to perform protein secondary
1706 structure predictions with JPred, and JABAWS' protein disorder prediction
1707 services are introduced in Section \ref{protdisorderpred}.
1708
1709 Section \ref{featannot} describes the mechanisms provided by Jalview for
1710 interactive creation of sequence and alignment annotation, and how they can be
1711 displayed, imported and exported and used to reorder the alignment. Section
1712 \ref{featuresfromdb} discusses the retrieval of database references and
1713 establishment of sequence coordinate systems for the retrieval and display of
1714 features from databases and DAS annotation services. Section
1715 \ref{workingwithnuc} describes functions and visualization techniques relevant
1716 to working with nucleotide sequences, coding region annotation and nucleotide
1717 sequence alignments.
1718 % and Section \ref{workingwithrna} covers the visualization,
1719 % editing and analysis of RNA secondary structure.
1720
1721 \section{Working with structures}
1722 \label{wkwithstructure}
1723 Jalview facilitates the use of protein structures for the analysis of alignments
1724 by providing a linked view of structures associated with sequences in
1725 the alignment. The Java based molecular viewing program Jmol\footnote{See the
1726 Jmol homepage \url{http://www.jmol.org} for more information.} has been
1727 incorporated\footnote{Earlier versions of Jalview included MCView - a simple
1728 main chain structure viewer. Structures are visualized as an alpha carbon trace
1729 and can be viewed, rotated and coloured in a structure viewer and the results
1730 interpreted on a sequence alignment.} which enables sophisticated molecular
1731 visualizations to be prepared and investigated alongside an analysis of
1732 associated sequences.
1733 PDB format files can be imported directly or structures can be retrieved from
1734 the European Protein Databank (PDBe) using the Sequence Fetcher (see
1735 \ref{fetchseq}).
1736
1737 \subsection{Automatic association of PDB structures with sequences}
1738 Jalview can automatically determine which structures are associated with a
1739 sequence in a number of ways.
1740 \subsubsection{Discovery of PDB IDs from sequence database cross-references}
1741 If a sequence has an ID from a public database that contains cross-references to
1742 the PDB, such as Uniprot. Right-click on any sequence ID and select {\sl Structure $\Rightarrow$
1743 Associate Structure with Sequence $\Rightarrow$ Discover PDB IDs } from the context menu (Figure \ref{auto}). Jalview will attempt to associate the
1744 sequence with a Uniprot sequence and from there discover any associated PDB
1745 structures. This takes a few seconds and applies to all sequences in the
1746 alignment which have valid Uniprot IDs. On moving the cursor over the sequence
1747 ID the tool tip\footnote{Tip: The sequence ID tooltip can often become large for
1748 heavily cross referenced sequence IDs. Use the {\sl View $\Rightarrow$ Sequence
1749 ID Tooltip $\Rightarrow$ } submenu to disable the display of database cross
1750 references or non-positional features. } now shows the Uniprot ID and any
1751 associated PDB structures.
1752
1753 \begin{figure}[htbp]
1754 \begin{center}
1755 %TODO fix formatting
1756 \parbox{1.5in}{
1757 {\centering 
1758 \begin{center}
1759 \includegraphics[width=1.5in]{images/auto1.pdf}
1760 \end{center}}
1761 } \parbox{3.25in}{
1762 {\centering 
1763 \begin{center}
1764 \includegraphics[scale=0.5]{images/auto2.pdf}
1765 \end{center}
1766 }
1767 } \parbox{1.5in}{
1768 {\centering 
1769 \begin{center} 
1770 \includegraphics[width=1.5in]{images/auto3.pdf}
1771 \end{center}
1772 }
1773 }
1774
1775 \caption{{\bf Automatic PDB ID discovery.} The tooltip (left) indicates that no PDB structure has been associated with the sequence. After PDB ID discovery (center) the tool tip now indicates the Uniprot ID and any associated PDB structures (right)}
1776 \label{auto}
1777 \end{center}
1778 \end{figure}
1779
1780 \subsubsection{Drag-and-drop association of PDB files with sequences by filename
1781 match}
1782 \label{multipdbfileassoc}
1783 If one or more PDB files stored on your computer are dragged from their location
1784 on the file browser onto an alignment window, Jalview will search the alignment
1785 for sequences with IDs that match any of the files dropped onto the alignment.
1786 If it discovers matches, a dialog like the one in Figure
1787 \ref{multipdbfileassocfig} is shown, giving the option of creating associations
1788 for the matches.
1789
1790 If no associations are made, then sequences extracted
1791 from the structure will be simply added to the alignment. However, if only
1792 some of the PDB files are associated, jalview will raise another dialog box giving
1793 you the option to add any remaining sequences from the PDB structure files not present in
1794 the alignment. This allows you to easily decorate sequences in a newly imported
1795 alignment with any corresponding structures you've already collected in a directory
1796 accessible from your computer.\footnote{We plan to extend this facility in
1797 future so Jalview will automatically search for PDB files matching your
1798 sequence within a local directory. Check out 
1799 \href{http://issues.jalview.org/browse/JAL-801}{Jalview issue 801}}
1800
1801 % there is no mention of the other footnote (#3) that appears saying: Tip: The sequence ID tooltip can often become large for heavily cross-referenced sequence IDs. Use the ...
1802 % JBP: yes there is - under 'Discovery of ' subsection.
1803 \begin{figure}[htbp]
1804 \begin{center}
1805 \includegraphics[]{images/pdbdragdropassoc.pdf}
1806
1807 \caption{{\bf Associating PDB files with sequences by drag-and-drop.} Dragging
1808 PDB files onto an alignment of sequences with names matching the dragged files
1809 names (A), results in a dialog box (B) that gives the option to associate each
1810 file with any sequences with matching IDs. }
1811 \label{multipdbfileassocfig}
1812 \end{center}
1813 \end{figure}
1814
1815
1816 \subsection{Viewing Structures}
1817 \label{viewAllStructures}
1818 The structure viewer can be launched in two ways from the sequence ID context
1819 menu. To view a particular structure associated with a sequence in the
1820 alignment, simply select it from popup menu's associated structures submenu in
1821 {\sl Structure $\Rightarrow$ View Structure $\Rightarrow$ $<$PDB ID$>$}. The
1822 second way is most useful if you want to view all structural data available for
1823 a set of sequences in an alignment. If any of the {\bf currently selected}
1824 sequences have structures associated, the {\sl Structure } submenu of the
1825 sequence ID popup menu will include an option to {\sl View {\bf N}
1826 structures}. Selecting this option will open a new structure view containing
1827 the associated structures superposed according to the alignment.
1828
1829 In both cases, each structure to be displayed will be downloaded or loaded from
1830 the local file system, and shown as a ribbon diagram coloured according to the
1831 associated sequence in the current alignment view (Figure \ref{structure}
1832 (right)). The structure can be rotated by clicking and dragging in the structure
1833 window. The structure can be zoomed using the mouse scroll wheel or by
1834 [SHIFT]-dragging the structure.
1835 Moving the mouse cursor over a sequence to which the structure is linked in the
1836 alignment view highlights the respective residue's sidechain atoms. The
1837 sidechain highlight may be obscured by other parts of the molecule. Similarly,
1838 moving the cursor over the structure shows a tooltip and highlights the
1839 corresponding residue in the alignment. Clicking the alpha carbon or phosphorous
1840 backbone atom will toggle the highlight and residue label on and off. Often, the
1841 position highlighted in the sequence may not be in the visible portion of the
1842 current alignment view and the sliders will scroll automatically to show the
1843 position. If the alignment window's {\sl View $\Rightarrow$ Automatic Scrolling
1844 } option is not selected, however, then the automatic adjustment will be
1845 disabled for the current view.
1846
1847 \begin{figure}[htbp]
1848 \begin{center}
1849 \parbox{3in}{
1850 {\centering 
1851 \begin{center}
1852 \includegraphics[scale=0.5]{images/structure1.pdf}
1853 \end{center}
1854 }
1855 }
1856 \parbox{3.2in}{
1857 {\centering 
1858 \begin{center}
1859 \includegraphics[width=3in]{images/structure2.pdf}
1860 \end{center}
1861 }
1862 }
1863 \caption{{\bf Structure visualization} The structure viewer is launched from the sequence ID context menu (left) and allows the structure to be visualized using the embedded Jmol molecular viewer (right). }
1864 \label{structure}
1865 \end{center}
1866 \end{figure}
1867
1868 \subsection{Customising structure display}
1869
1870 Structure display can be modified using the {\sl Colour} and {\sl View} menus
1871 in the structure viewer. The background colour can be modified by selecting the
1872 {\sl Colours $\Rightarrow$ Background Colour\ldots} option.
1873
1874 By default, the structure will be coloured in the same way as the associated
1875 sequence(s) in the alignment view from which it was launched. The structure can
1876 be coloured independently of the sequence by selecting an appropriate colour
1877 scheme from the {\sl Colours} menu. It can be coloured according to the
1878 alignment using the {\sl Colours $\Rightarrow$ By Sequence } option. The image
1879 in the structure viewer can be saved as an EPS or PNG with the {\sl File
1880 $\Rightarrow$ Save As $\Rightarrow$ \ldots} submenu, which also allows the raw
1881 data to be saved as PDB format. The mapping between the structure and the
1882 sequence (How well and which parts of the structure relate to the sequence) can
1883 be viewed with the {\sl File $\Rightarrow$ View Mapping} menu option.
1884
1885 \subsubsection{Using the Jmol visualization interface }
1886
1887 Jmol has a comprehensive set of selection and visualization functions that are
1888 accessed from the Jmol popup menu (by right-clicking in the Jmol window or by
1889 clicking the Jmol logo). Molecule colour and rendering style can be manipulated,
1890 and distance measurements and molecular surfaces can be added to the view. It
1891 also has its own ``Rasmol\footnote{See \url{http://www.rasmol.org}}-like'' scripting
1892 language, which is described elsewhere\footnote{Jmol Wiki:
1893 \url{http://wiki.jmol.org/index.php/Scripting}
1894
1895 Jmol Scripting reference:
1896 \url{http://www.stolaf.edu/academics/chemapps/jmol/docs/}}. Jalview utilises the
1897 scripting language to interact with Jmol and to store the state of a Jmol
1898 visualization within Jalview archives, in addition to the PDB data file
1899 originally loaded or retrieved by Jalview. To access the Jmol scripting
1900 environment directly, use the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Console} menu option.
1901
1902 If you would prefer to use Jmol to manage structure colours, then select the
1903 {\sl Colours $\Rightarrow$ Colour with Jmol} option. This will disable any
1904 automatic application of colour schemes when new structure data is added, or
1905 when associated alignment views are modified.
1906
1907
1908 \exercise{Viewing Structures}{\label{viewingstructex}
1909 \exstep{Load the alignment at
1910 \textsf{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}. Right-click on the
1911 sequence ID label for any of the sequences (e.g. {\sl FER1\_SPIOL}) to bring up
1912 the context menu. Select {\sl FER1\_SPIOL $\Rightarrow$ Structure $\Rightarrow$
1913 Associate Structure with Sequence $\Rightarrow$ Discover
1914 PDB IDs}. Jalview will now attempt to find PDB structures for the sequences in
1915 the alignment. 
1916 % JBP Note: Bug JAL-1238 needs to be fixed ASAP
1917
1918 {\bf Note:} If you are using Jalview v2.8 - use the {\sl Uniprot } source from the {\sl Web services $\Rightarrow$ Fetch DB References $\Rightarrow$ ..} submenu of the Alignment Window to retrieve the PDB IDs. }
1919 \exstep{ Right-click on the sequence ID for {\sl FER1\_SPIOL}.
1920 Select { \sl FER1\_SPIOL $\Rightarrow$ Structure $\Rightarrow$ View Structure
1921 $\Rightarrow$ 1A70}. A structure viewing window appears. Rotate the molecule by clicking and dragging in the structure viewing box. Zoom with the mouse scroll wheel. } \exstep{Roll the mouse cursor along the {\sl FER1\_SPIOL} sequence in the alignment. Note that if a residue in the sequence maps to one in the structure, a label will appear next to that residue in the structure viewer. Move the mouse over the structure. Placing the mouse over a part of the structure will bring up a tool tip indicating the name and number of that residue. The corresponding residue in the sequence is highlighted in black. Clicking the alpha carbon toggles the highlight and residue label on and off. Try this by clicking on a set of three or four adjacent residues so that the labels are persistent, then finding where they are in the sequence. }
1922 \exstep{Select {\sl Colours $\Rightarrow$ Background Colour\ldots} from the structure viewer menu and choose a suitable colour. Press OK to apply this. Select {\sl File $\Rightarrow$ Save As $\Rightarrow$ PNG} and save the image. View this with a suitable program. }
1923 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ View Mapping} from the structure viewer menu. A new window opens showing the residue by residue alignment between the sequence and the structure.} 
1924 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Save $\Rightarrow$ PDB file} and choose a new filename to save the PDB file. Once the file is saved, open the location in your file browser (or explorer window) and drag the PDB file that you just saved on to the Jalview desktop (or load it from the {\sl Jalview Desktop $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From File } menu). Verify that you can open and view the associated structure from the sequence ID pop-up menu's {\sl Structure } submenu in the new alignment window.}
1925
1926 \exstep{Right click on the structure to bring up the Jmol window. Explore the menu options. Try to change the style of molecular display - by first using the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Select (n) $\Rightarrow$ All} command (where {\sl n} is the number of residues selected), and then the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Style $\Rightarrow$ Scheme $\Rightarrow$ Ball and Stick} command.}
1927 \exstep{Use the {\sl File $\Rightarrow$ Save As .. } function to save the alignment as a Jalview Project. Now close the alignment and the structure view, and load the project file you just saved.
1928
1929 Verify that the Jmol display is as it was when you just saved the file.}
1930 }
1931
1932 \subsection{Superimposing structures}
1933 \label{superposestructs}
1934 Many comparative biomolecular analysis investigations aim to determine if the
1935 biochemical properties of a given molecule are significantly different to its
1936 homologues. When structure data is available, comparing the shapes of molecules
1937 by superimposing them enables substructure that may impart different behaviour
1938 to be quickly identified. The identification of optimal 3D superpositions
1939 involves aligning 3D data rather than sequence symbols, but the result can
1940 still be represented as a sequence alignment, where columns indicate positions
1941 in each molecule that should be superposed to recreate the optimal 3D alignment.
1942
1943 Jalview can employ Jmol's 3D fitting routines\footnote{See
1944 \href{http://chemapps.stolaf.edu/jmol/docs/?ver=12.2$\#$compare}{http://chemapps.stolaf.edu/jmol/docs/?ver=12.2$\#$compare}
1945 for more information.} to recreate 3D structure superpositions based on the
1946 correspondences defined by one or more sequence alignments involving structures shown in the Jmol display. Superposition based on the currently displayed alignment view happens automatically if a
1947 structure is added to an existing Jmol display using the {\sl Structure
1948 $\Rightarrow$ View PDB Structure $\Rightarrow$ ..}. A new Jmol view containing
1949 superposed structures can also be created using the {\sl Structure
1950 $\Rightarrow$ View all {\bf N} PDB Structures} option (when {\bf {\sl N}}
1951 $>$ 1) if the current selection contains two or more sequences with associated
1952 structures.
1953
1954 \subsubsection{Obtaining the RMSD for a superposition}
1955 The RMSD (Root Mean Square Deviation) is a measure of how similar the structures
1956 are when they are superimposed. Figure \ref{mstrucsuperposition} shows a
1957 superposition created during the course of Exercise \ref{superpositionex}. The
1958 parts of each molecule used to construct the superposition are rendered using
1959 the cartoon style, with other parts of the molecule drawn in wireframe. The Jmol
1960 console, which has been opened after the superposition was performed, shows the
1961 RMSD report for the superposition.
1962 Full information about the superposition is also output to the Jalview
1963 console.\footnote{The Jalview Java Console is opened from {\sl Tools
1964 $\Rightarrow$ Java Console} option in the Desktop's menu bar} This output also
1965 includes the precise atom pairs used to superpose structures.
1966
1967 \subsubsection{Choosing which part of the alignment is used for structural
1968 superposition} Jalview uses the visible part of each alignment view to define
1969 which parts of each molecule are to be superimposed. Hiding a column in a view
1970 used for superposition will remove that correspondence from the set, and will
1971 exclude it from the superposition and RMSD calculation.
1972 This allows the selection of specific parts of the alignment to be used for
1973 superposition. Only columns that define a complete set of correspondences for
1974 all structures will be used for structural superposition, and as a consequence,
1975 the RMSD values generated for each pair of structures superimposed can be
1976 directly compared.
1977
1978 In order to recompute a superposition after changing a view or editing the
1979 alignment, select the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Align sequences } menu option. The {\sl
1980 Jmol $\Rightarrow$ Superpose with ..} submenu allows you to choose which of the
1981 associated alignments and views are to be used to create the set of
1982 correspondences. This menu is useful when composing complex superpositions
1983 involving multi-domain and multi-chain complexes, when correspondences may be
1984 defined by more than one alignment.
1985
1986 Note that these menu options appear when you have two or more structures in one Jmol viewer.
1987
1988
1989
1990 \begin{figure}[htbp]
1991 \begin{center}
1992 \includegraphics[width=5.5in]{images/fdxsuperposition.pdf}
1993 \caption{{\bf Superposition of two ferredoxin structures.} The alignment on the
1994 left was used by jalview to superpose structures associated with the
1995 FER1\_SPIOL and FER1\_MAIZE sequences in the alignment. Parts of each structure
1996 used for superposition are rendered as a cartoon, the remainder rendered in
1997 wireframe. The RMSD between corresponding positions in the structures before and
1998 after the superposition is shown in the Jmol console.}
1999 \label{mstrucsuperposition}
2000 \end{center}
2001 \end{figure}
2002
2003 \exercise{Aligning structures using the ferredoxin
2004 sequence alignment.}{\label{superpositionex}
2005
2006 \exstep{Continue with the Jalview project created in exercise
2007 \ref{viewingstructex}. Use the {\sl Discover PDB IDs} function to retrieve PDB
2008 IDs associated with the FER1\_MAIZE sequence.}
2009 \exstep{Once discovery has completed, use the {\sl
2010 View PDB Structure} submenu to view the PDB file associated with FER1\_MAIZE.
2011 Jalview will give you the option of aligning the structure to the one already
2012 open. To superimpose the structure associated with FER1\_MAIZE with the one
2013 associated with FER1\_SPIOL, press the {\bf Yes} button.
2014
2015 {\sl The Jmol view will update to show both structures, and one will be
2016 moved on to the other. If this doesn't happen, use the Align function in the Jmol submenu}}
2017 \exstep{Create a new view on the alignment, and hide all but columns 121
2018 through to 132.}
2019 \exstep{Use the {\sl Jmol} submenu to
2020 recompute the superposition using just columns 121-132 of the alignment.
2021
2022 {\sl Note how the molecules shift position when superposed using a short part of
2023 the two structures.}}
2024 \exstep{Compare the initial and final RMSDs for superimposing molecules with
2025 the small section and with the whole alignment. Which view do you think give the
2026 best 3D superposition, and why ?} }
2027
2028 \subsection{Colouring structure data associated with multiple alignments and views}
2029 Normally, the original view from which a particular structure view was
2030 opened will be the one used to colour structure data. If alignments involving
2031 sequences associated with structure data shown in a Jmol have multiple views, Jalview gives you full control
2032 over which alignment, or alignment view, is used to colour the structure
2033 display. Sequence-structure colouring associations are
2034 changed {\sl via} the {\sl View $\Rightarrow$ Colour by ..} menu, which lists all
2035 views associated with data shown in the embedded Jmol view. A tick is shown beside
2036 views currently used as colouring source, and moving the
2037 mouse over each view will bring it to the front of the alignment display,
2038 allowing you to browse available colour sources prior to selecting one. If the
2039 {\sl Select many views} option is selected, then multiple views can be selected as sources for colouring the
2040 structure data. {\sl Invert selection} and {\sl Select all views} options are also provided to quickly change between multi-view selections.
2041
2042 Note that the {\sl Select many views} option is useful if you have different
2043 views that colour different areas or domains of the alignment. This option is
2044 further explored in Section \ref{complexstructurecolours}.
2045
2046 \begin{figure}[htbp]
2047 \begin{center}
2048 \includegraphics[width=5.5in]{images/mviewstructurecol.pdf}
2049 \caption{{\bf Choosing a different view for colouring a structure display}
2050 Browsing the {\sl View $\Rightarrow$ Colour by ..} menu provides full control
2051 of which alignment view is used to colour structures when the {\sl Colours
2052 $\Rightarrow$ By Sequence} option is selected.}
2053 \label{mviewstructurecol}
2054 \end{center}
2055 \end{figure}
2056
2057 \subsubsection{Colouring complexes}
2058 \label{complexstructurecolours}
2059 The ability to control which multiple alignment view is used to colour
2060 structural data is essential when working with data relating to
2061 multidomain biomolecules and complexes. 
2062
2063 In these situations, each chain identified in the structure may have a different
2064 evolutionary history, and a complete picture of functional variation can
2065 only be gained by integrating data from different alignments on the same
2066 structure view. An example of this is shown in Figure
2067 \ref{mviewalcomplex}, based on data from Song et. al\footnote{Structure of
2068 DNMT1-DNA Complex Reveals a Role for Autoinhibition in Maintenance DNA Methylation. Jikui Song, Olga Rechkoblit, Timothy H. Bestor, and Dinshaw J. Patel.
2069 {\sl Science} 2011 {\bf 331} 1036-1040
2070 \href{http://www.sciencemag.org/content/331/6020/1036}{DOI:10.1126/science.1195380}}
2071
2072 \begin{figure}[htbp]
2073 \begin{center}
2074 \includegraphics[]{images/mchainstructureview.pdf}
2075 \caption{{\bf The biological assembly of Mouse DNA Methyltransferase-1 coloured
2076 by Pfam alignments for its major domains} Alignments for each domain within the
2077 Uniprot sequence DNMT1\_MOUSE have been used to visualise sequence conservation
2078 in each component of this protein-DNA complex. Instructions for recreating this figure are given in exercise \ref{dnmtcomplexex}. }
2079 \label{mviewalcomplex}
2080 \end{center}
2081 \end{figure}
2082
2083 \exercise{Colouring a protein complex to explore domain-domain interfaces}{\label{dnmtcomplexex}
2084
2085 \exstep{Download the PDB file at
2086 \textsf{\url{http://www.jalview.org/tutorial/DNMT1\_MOUSE.pdb}} to your desktop. 
2087
2088 This is the biological unit for PDB ID 3pt6, as identified by the PDBe's PISA
2089 server.}
2090
2091 \exstep{Launch the Jalview desktop and ensure you have at least 256MB of
2092 free memory available.
2093
2094 {\sl Use the following webstart link:
2095
2096 \href{http://www.jalview.org/services/launchApp?jvm-max-heap=1G}{http://www.jalview.org/services/launchApp?jvm-max-heap=1G}.}}
2097 \exstep{Retrieve the following
2098 {\bf full} PFAM alignments: PF02008, PF00145, PF01426 (make sure you select the {\sl PFAM {\bf (Full)}} source). These will each be retrieved into their own alignment window.} 
2099 \exstep{Drag the structure you downloaded in
2100 step 1 onto one of the alignments to associate it with the mouse sequence in
2101 that Pfam domain family.}
2102 \exstep{For every DNMT1\_MOUSE sequence in the alignment, use the sequence
2103 ID popup menu's {\sl Structure} submenu to view the DNMT1\_MOUSE structure for the associated mouse sequence. When given the option, {\bf view all of the structures in the same Jmol viewer}. Check the contents of the {\sl View $\Rightarrow$ Colour by ..} submenu to see what alignments can be used to
2104 colour the sequence.}
2105 \exstep{Repeat the previous two steps for each of
2106 the other alignments. In each case, when performing the `View DNMT1\_MOUSE.pdb'
2107 step, Jalview will ask if you wish to create a new Jmol view. You should
2108 respond `No', {\bf ensuring that each sequence fragment is associated with the same Jmol view}.}
2109 \exstep{Pick a different colourscheme for each alignment, and use the {\sl
2110 Colour by ..} submenu to ensure they are all used to colour the complex shown
2111 in the Jmol window.}
2112 \exstep{The final step needed to reproduce the shading in Figure
2113 \ref{mviewalcomplex} is to use the {\sl Colour $\Rightarrow$ By
2114 Annotation } option in each alignment window to shade the alignment by the
2115 {\bf Conservation} annotation row. This function was described in section
2116 \ref{colourbyannotation}. 
2117
2118 Ensure that you first disable the {\sl View $\Rightarrow$ Show Features} menu option, or you may not see any colour changes in the associated structure.
2119
2120 {\sl Note: Choose a different shading scheme for each
2121 alignment so that the regions of strong physicochemical conservation are highlighted. This
2122 kind of shading will reveal conserved regions of interaction between domains 
2123 in the structure.}}
2124 \exstep{Save your work as a Jalview project and verify that it can be opened again by starting another Jalview Desktop instance, and dragging the saved project into the desktop window.}
2125
2126 % {\sl Note: This exercise relies on new features introduced in Jalview 2.7. If
2127 % you notice any strange behaviour when trying out this exercise, it may be a
2128 % bug (see
2129 % \href{http://issues.jalview.org/browse/JAL-1008}{http://issues.jalview.org/browse/JAL-1008}
2130 % for one relating to highlighting of positions in the alignment window).}
2131 }
2132
2133 \section{Analysis of alignments}
2134 \label{alignanalysis}
2135 Jalview provides support for sequence analysis in two ways. A number of
2136 analytical methods are `built-in', these are accessed from the {\sl Calculate}
2137 alignment window menu. Computationally intensive analyses are run outside
2138 Jalview {\sl via} web services - these are typically accessed {\sl via} the {\sl
2139 Web Service} menu, and described in \ref{jvwebservices} and subsequent sections.
2140 In this section, we describe the built-in analysis capabilities common to both
2141 the Jalview Desktop and the JalviewLite applet.
2142  
2143 \subsection{PCA}
2144 This calculation creates a spatial representation of the similarities within the
2145 current selection or the whole alignment if no selection has been made. After
2146 the calculation finishes, a 3D viewer displays the each sequence as a point in
2147 3D `similarity space'. Sets of similar sequences tend to lie near each other in
2148 this space.
2149 Note: The calculation is computationally expensive, and may fail for very large
2150 sets of sequences - because the JVM has run out of memory. Memory issues, and
2151 how to overcome them, were discussed in Section \ref{memorylimits}.
2152
2153 \subsubsection{What is PCA?}
2154 Principal components analysis is a technique for examining the structure of
2155 complex data sets. The components are a set of dimensions formed from the
2156 measured values in the data set, and the principle component is the one with the
2157 greatest magnitude, or length. The sets of measurements that differ the most
2158 should lie at either end of this principle axis, and the other axes correspond
2159 to less extreme patterns of variation in the data set.
2160 In this case, the components are generated by an eigenvector decomposition of
2161 the matrix formed from the sum of pairwise substitution scores at each aligned
2162 position between each pair of sequences. The basic method is described in the
2163 1995 paper by {\sl G. Casari, C. Sander} and {\sl A. Valencia} \footnote{{\sl
2164 Nature Structural Biology} (1995) {\bf 2}, 171-8.
2165 PMID: 7749921} and implemented at the SeqSpace server at the EBI.
2166
2167 Jalview provides two different options for the PCA calculation. Protein PCAs are
2168 by default computed using BLOSUM 62 pairwise substitution scores, and nucleic
2169 acid alignment PCAs are computed using a score model based on the identity
2170 matrix that also treats Us and Ts as identical, to support analysis of both RNA
2171 and DNA alignments. The {\sl Change Parameters} menu also allows the calculation
2172 method to be toggled between SeqSpace and a variant calculation that is detailed
2173 in Jalview's built in documentation.\footnote{See
2174 \url{http://www.jalview.org/help/html/calculations/pca.html}.}
2175
2176 \subsubsection{The PCA Viewer}
2177
2178 PCA analysis can be launched from the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Principle
2179 Component Analysis} menu option. {\bf PCA requires a selection containing at
2180 least 4 sequences}.  A window opens containing the PCA tool (Figure \ref{PCA}).
2181 Each sequence is represented by a small square, coloured by the background
2182 colour of the sequence ID label. The axes can be rotated by clicking and
2183 dragging the left mouse button and zoomed using the $\uparrow$ and $\downarrow$
2184 keys or the scroll wheel of the mouse (if available).  A tool tip appears if the
2185 cursor is placed over a sequence. Sequences can be selected by clicking on them.
2186 [CTRL]-Click can be used to select multiple sequences.
2187 \begin{figure}[hbtp]
2188 \begin{center}
2189 \includegraphics[width=2in]{images/PCA1.pdf}
2190 \includegraphics[width=3in]{images/PCA3.pdf}
2191 \caption{{\bf PCA Analysis} }
2192 \label{PCA}
2193 \end{center}
2194 \end{figure}
2195
2196 Labels will be shown for each sequence by toggling the {\sl View $\Rightarrow$
2197 Show Labels} menu option, and the plot background colour changed {\sl via} the
2198 {\sl View $\Rightarrow$ Background Colour..} dialog box. A graphical
2199 representation of the PCA plot can be exported as an EPS or PNG image {\sl via}
2200 the {\sl File $\Rightarrow$ Save As $\Rightarrow$ \ldots } submenu.
2201
2202 \exercise{Principle Component Analysis}{ \exstep{Load the alignment at
2203 \textsf{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar} and press [ESC] to clear any selections. Alternatively, select {\sl Select $\Rightarrow$ Undefine Groups} to remove all groups and colourschemes. } \exstep{Select the menu option {\sl Calculate $\Rightarrow$ Principle Component Analysis}. A new window will open. Move this window so that the tree, alignment and PCA viewer window are all visible. Try rotating the plot by clicking and dragging the mouse on the plot in the PCA window. Note that clicking on points in the plot will highlight them on the alignment and tree. }
2204 \exstep{ Click on the tree window. Careful selection of the tree partition
2205 location will divide the alignment into a number of groups, each of a different
2206 colour. Note how the colour of the sequence ID label matches both the colour of
2207 the partitioned tree and the points in the PCA plot.
2208 } }
2209
2210 \subsubsection{PCA data export}
2211 Although the PCA viewer supports export of the current view, the plots produced
2212 are rarely suitable for direct publication. The PCA viewer's {\sl File} menu
2213 includes a number of options for exporting the PCA matrix and transformed points
2214 as comma separated value (CSV) files. These files can be imported by tools such
2215 as {\bf R} or {\bf gnuplot} in order to graph the data.
2216
2217 \subsection{Trees}
2218 \label{trees}
2219 Jalview can calculate and display trees, providing interactive tree-based
2220 grouping of sequences though a tree viewer. All trees are calculated {\sl via}
2221 the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ \ldots} submenu.
2222 Trees can be calculated from distance matrices determined from \% identity or
2223 aggregate BLOSUM 62 score using either {\sl Average Distance} (UPGMA) or {\sl
2224 Neighbour Joining} algorithms. The input data for a tree is either the selected
2225 region or the whole alignment, excluding any hidden regions.
2226
2227 On calculating a tree, a new window opens (Figure \ref{trees1}) which contains
2228 the tree. Various display settings can be found in the tree window {\sl View}
2229 menu, including font, scaling and label display options, and the {\sl File
2230 $\Rightarrow$ Save As} submenu contains options for image and Newick file
2231 export. Newick format is a standard file format for trees which allows them to
2232 be exported to other programs.  Jalview can also read in external trees in
2233 Newick format {\sl via} the {\sl File $\Rightarrow$ Load Associated Tree} menu
2234 option. Leaf names on imported trees will be matched to the associated alignment
2235 - unmatched leaves will still be displayed, and can be highlighted using the
2236 {\sl View $\Rightarrow$ Mark Unlinked Leaves} menu option.
2237
2238
2239 \begin{figure}
2240 \begin{center}
2241 \includegraphics[width=2.5in]{images/trees1.pdf}
2242 \includegraphics[width=2.5in]{images/trees2.pdf}
2243 \includegraphics[width=1.25in]{images/trees4.pdf}
2244 \caption{{\bf Calculating Trees} Jalview provides four built in models for calculating trees. Jalview can also load precalculated trees in Newick format (right).}
2245 \label{trees1}
2246 \end{center}
2247 \end{figure}
2248
2249
2250 Clicking on the tree brings up a cursor across the height of the tree. The
2251 sequences are automatically partitioned and coloured (Figure \ref{trees2}). To
2252 group them together, select the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Sort $\Rightarrow$
2253 By Tree Order $\Rightarrow$ \ldots} alignment window menu option and choose the
2254 correct tree. The sequences will then be sorted according to the leaf order
2255 currently shown in the tree view. The coloured background to the sequence IDs
2256 can be removed with {\sl Select $\Rightarrow$ Undefine Groups} from the
2257 alignment window menu. Note that tree partitioning will also remove any groups
2258 and colourschemes on a view, so create a new view ([CTRL-T]) if you wish to
2259 preserve these.
2260
2261 \begin{figure}
2262 \begin{center}
2263 \includegraphics[width=5in]{images/trees3.pdf}
2264 \caption{{\bf Interactive Trees} The tree level cutoff can be used to designate groups in Jalview}
2265 \label{trees2}
2266 \end{center}
2267 \end{figure}
2268
2269 %\subsubsection{Multiple Views and Input Data recovery from PCA and Tree Viewers}
2270 % move to ch. 3 ?
2271 %Both PCA and Tree viewers are linked analysis windows. This means that their selection and display are linked to a particular alignment, and control and reflect the selection state for a particular view.
2272
2273 \subsubsection{Recovering input data for a tree or PCA plot calculation}
2274 \parbox[c]{5in}{
2275 The {\sl File $\Rightarrow$ Input Data } option will open a new alignment window containing the original data used to calculate the tree or PCA plot (if available). This function is useful when a tree has been created and then the alignment subsequently changed. 
2276 }
2277 \parbox[c]{1.25in}{\centerline{\includegraphics[width=1.25in]{images/pca_fmenu.pdf}
2278 }}
2279
2280 \subsubsection{Changing the associated view for a tree or PCA viewer}
2281 \parbox[c]{4in}{
2282 The {\sl View $\Rightarrow$ Associated Nodes With $\Rightarrow$ .. } submenu is shown when the viewer is associated with an alignment that is involved in multiple views. Selecting a different view does not affect the tree or PCA data, but will change the colouring and display of selected sequences in the display according to the colouring and selection state of the newly associated view. 
2283 } \parbox[c]{3in}{\centerline{
2284 \includegraphics[width=2.5in]{images/pca_vmenu.pdf} }}
2285
2286
2287 \exercise{Trees}{
2288 \exstep{Ensure that you have at least 1G memory available in Jalview (start with this link: \href{http://www.jalview.org/services/launchApp?jvm-max-heap=1G}{http://www.jalview.org/services/launchApp?jvm-max-heap=1G}).}
2289 \exstep{Open the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ Neighbour Joining Using BLOSUM62}. A new tree window will appear.}
2290 \exstep{Click on the tree window. A cursor will appear. Note that placing this cursor divides the tree into a number of groups by colour. Place the cursor to give about 4 groups, then select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Sort $\Rightarrow$ By Tree Order $\Rightarrow$ Neighbour Joining Tree using BLOSUM62 from ... }. The sequences are reordered to match the order in the tree and groups are formed implicitly.}
2291 \exstep{Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ Neighbour Joining Using \% Identity}. A new tree window will appear. The group colouring makes it easy to see the diferences between the two trees, calculated using different methods.}
2292 \exstep{Select from sequence 2 column 60 to sequence 12 column 123. Select  {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ Neighbour Joining Using BLOSUM62}. A new tree window will appear. It can be seen that the tree contains 11 sequences. It has been coloured according to the already selected groups from the first tree and is calculated purely from the residues in the selection. 
2293 Comparing the location of individual sequences between the three trees illustrates the importance of selecting appropriate regions of the alignment for the calculation of trees. 
2294 }
2295 \exstep{Recover the {\sl Input Data} for the tree you just calculated from the {\sl File} menu. Check the {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps } option is {\sl not} ticked, and insert one gap anywhere in the alignment. Now select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ Neighbour Joining Using BLOSUM62}. 
2296
2297 A warning dialog box {\bf ``Sequences not aligned'' } appears because the sequences input to the tree calculation are of different lengths. }
2298
2299 \exstep{Now select {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps } and try to perform the tree calculation again - this time a new tree should appear.
2300
2301 This demonstrates the use of the {\sl Pad Gaps } editing preference, which ensures that all sequences are the same length after editing. }
2302
2303 }
2304
2305 \subsection{Tree Based Conservation Analysis}
2306 \label{treeconsanaly}
2307
2308 Trees reflect the pattern of global sequence similarity exhibited by the
2309 alignment, or region within the alignment, that was used for their calculation.
2310 The Jalview tree viewer enables sequences to be partitioned into groups based
2311 on the tree. This is done by clicking within the tree viewer window. Once subdivided, the
2312 conservation between and within groups can be visually compared in order to
2313 better understand the pattern of similarity revealed by the tree and the
2314 variation within the clades partitioned by the grouping. The conservation based
2315 colourschemes and the group associated conservation and consensus annotation
2316 (enabled using the alignment window's {\sl View $\Rightarrow$ Autocalculated
2317 Annotation $\Rightarrow$ Group Conservation} and {\sl Group Consensus} options)
2318 can help when working with larger alignments.
2319
2320 \exercise{Tree Based Conservation Analysis}{
2321 \label{consanalyexerc}
2322 \exstep{Load the PF03460 PFAM seed alignment using the sequence fetcher. Colour it with the {\sl Taylor colourscheme}, and apply {\sl Conservation } shading. }
2323 \exstep{Build a Neighbourjoining tree using BLOSUM62 and use the {\sl Sort Alignment By Tree} option in the tree viewer submenu to order alignment using the calculated tree.}
2324 \exstep{Select a point on the tree to partition the alignment, and examine the variation in colouring between different groups. 
2325
2326 You may find it easier to browse the alignment if you first uncheck the {\sl View $\Rightarrow$ Show Annotations} option, and open the Overview Window to aid navigation.}
2327 \exstep{Try changing the colourscheme to BLOSUM62 (whilst ensuring that {\sl Apply Colour to All Groups} is selected)}
2328 {\sl Note: You may want to save the alignment and tree as a project file, since
2329 it is used in the next few exercises. } }
2330
2331 \subsection{Redundancy Removal}
2332
2333 The redundancy removal dialog box is opened using the {\sl Edit $\Rightarrow$ Remove Redundancy\ldots} option in the alignment menu. As its menu option placement suggests, this is actually an alignment editing function, but it is convenient to describe it here. The redundancy removal dialog box presents a percentage identity slider which sets the redundancy threshold. Aligned sequences which exhibit a percentage identity greater than the current threshold are highlighted in black. The [Remove] button can then be used to delete these sequences from the alignment as an edit operation\footnote{Which can usually be undone. A future version of Jalview may allow redundant sequences to be hidden, or represented by a chosen sequence, rather than deleted.}.
2334 \begin{figure}
2335 \begin{center}
2336 \includegraphics[width=5.5in]{images/redundancy.pdf}
2337 \end{center}
2338 \label{removeredundancydialog}
2339 \caption{The Redundancy Removal dialog box opened from the edit menu. Sequences that exceed the current percentage identity threshold and are to be removed are highlighted in black.}
2340 \end{figure}
2341
2342 \exercise{Remove redundant sequences}{
2343
2344 \exstep{Re-use or recreate the alignment and tree which you worked with in the
2345 tree based conservation analysis exercise (exercise \ref{consanalyexerc})}
2346 \exstep{Open the Remove Redundancy dialog and adjust the threshold to 90\%. Remove the sequences that are more than 90\% similar under this alignment.}
2347 \exstep{Select the Tree viewer's {\sl View $\Rightarrow$ Mark Unlinked Leaves} option, and note that the removed sequences are now prefixed with a * in the tree view.}
2348 \exstep{Use the [Undo] button on the dialog to recover the sequences. Note that the * symbols disappear from the tree display.}
2349 \exstep{Experiment with the redundancy removal and observe the relationship between the percentage identity threshold and the pattern of unlinked nodes in the tree display.}
2350 }
2351
2352 \subsection{Subdividing the alignment according to specific mutations}
2353
2354 It is often necessary to explore variations in an alignment that may correlate
2355 with mutations observed in a particular region; for example, sites exhibiting
2356 single nucleotide polymorphism, or residues involved in substrate recognition in
2357 an enzyme. One way to do this would be to calculate a tree using the specific
2358 region, and subdivide it in order to partition the alignment.
2359 However, calculating a tree can be slow for large alignments, and the tree may
2360 be difficult to partition when complex mutation patterns are being analysed. The
2361 {\sl Select $\Rightarrow$ Make groups for selection } function was introduced to
2362 make this kind of analysis easier. When selected, it will use the characters in
2363 the currently selected region to subdivide the alignment. For example, if a
2364 single column is selected, then the alignment (or each group defined on the
2365 alignment) will be divided into groups based on the residue or nucleotide found
2366 at that position. These new groups are annotated with the characters in the
2367 selected region, and Jalview's group based conservation analysis annotation and
2368 colourschemes can then be used to reveal any associated pattern of sequence
2369 variation across the whole alignment.
2370
2371 \subsection{Automated annotation of Alignments and Groups}
2372
2373 On loading a sequence alignment, Jalview will normally\footnote{Automatic
2374 annotation can be turned off in the {\sl Visual } tab in the {\sl Tools
2375 $\Rightarrow$ Preferences } dialog box.} calculate a set of automatic annotation
2376 rows which are shown below the alignment. For nucleotide sequence alignments,
2377 only an alignment consensus row will be shown, but for amino acid sequences,
2378 alignment quality (based on BLOSUM 62) and physicochemical conservation will
2379 also be shown. Conservation is calculated according to Livingstone and
2380 Barton\footnote{{\sl ``Protein Sequence Alignments: A Strategy for the
2381 Hierarchical Analysis of Residue Conservation." } Livingstone C.D. and Barton
2382 G.J. (1993) {\sl CABIOS } {\bf 9}, 745-756}.
2383 Consensus is the modal residue (or {\tt +} where there is an equal top residue).
2384 The inclusion of gaps in the consensus calculation can be toggled by
2385 right-clicking on the the Consensus label and selecting {\sl Ignore Gaps in
2386 Consensus} from the context menu. Quality is a measure of the inverse likelihood
2387 of unfavourable mutations in the alignment. Further details on these
2388 calculations can be found in the on-line documentation.
2389
2390 These annotations can be hidden and deleted but are only created on loading an
2391 alignment. If they are deleted then the alignment should be saved and reloaded
2392 to restore them. Jalview provides a toggle to autocalculate a consensus sequence
2393 upon editing. This is normally selected by default, but can be turned off for
2394 large alignments {\sl via} the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Autocalculate
2395 Consensus} menu option if the interface is too slow.
2396
2397 \subsubsection{Group Associated Annotation}
2398 \label{groupassocannotation}
2399 Group associated consensus and conservation annotation rows reflect the
2400 sequence variation within a particular group. Their calculation is enabled
2401 by selecting the {\sl Group Conservation} or {\sl Group Consensus} options in
2402 the {\sl View $\Rightarrow$ Autocalculated Annotation } submenu of the alignment
2403 window. 
2404
2405 \subsubsection{Alignment and Group Sequence Logos}
2406 \label{seqlogos}
2407
2408 The consensus annotation row that is shown below the alignment can be overlaid
2409 with a sequence logo that reflects the symbol distribution at each column of
2410 the alignment. Right click on the Consensus annotation row and select the {\sl Show
2411 Logo} option to display the Consensus profile for the group or alignment.
2412 Sequence logos can be enabled by default for all new alignments {\sl via} the
2413 Visual tab in the Jalview desktop's preferences dialog box.
2414
2415 \exercise{Group conservation analysis}{
2416 \exstep{Re-use or recreate the alignment and tree which you worked with in the
2417 tree based conservation analysis exercise (exercise \ref{consanalyexerc})} 
2418 \exstep{Create a new view, and ensure the annotation panel is displayed, and
2419 enable the display of {\sl Group Consensus} and the display of sequence
2420 logos to make it easier to see the different residue populations within each group.}
2421 \exstep{Select a column exhibiting about 50\% conservation that lies within the
2422 central conserved region of the alignment. Subdivide the alignment according to
2423 this selection using {\sl Select $\Rightarrow$ Make groups for selection}.}
2424 \exstep{Re-order the alignment according to the new groups that have been
2425 defined. Click on the group annotation row IDs to select groups exhibiting a
2426 specific mutation.}
2427 \exstep{Select another column exhibiting about 50\% conservation
2428 overall, and subdivide the alignment further. Note that the new groups
2429 inherit the names of the original groups, allowing you to identify the
2430 combination of mutations that resulted in the subdivision.
2431 }
2432 \exstep{Clear the groups, and try to subdivide the alignment using two
2433 non-adjacent columns.
2434
2435 {\sl Hint: You may need to hide the intervening columns before you can select
2436 both of the columns that you wish to use to subdivide the alignment.}}
2437 \exstep{Switch back to the original view, and experiment with subdividing
2438 the tree groups made in the previous exercise.}
2439 }
2440
2441 \subsection{Other Calculations}
2442
2443
2444 \subsubsection{Pairwise Alignments}
2445
2446 Jalview can calculate optimal pairwise alignments between arbitrary sequences {\sl via} the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Pairwise Alignments\ldots} menu option. Global alignments of all pairwise combinations of the selected sequences are performed and the results returned in a text box.
2447
2448 \begin{figure}[]
2449 \begin{center}
2450 \includegraphics[width=4in]{images/pairwise.pdf}
2451 \caption{{\bf Pairwise alignment of sequences.} Pairwise alignments of three selected sequences are shown in a textbox.}
2452 \label{pairwise}
2453 \end{center}
2454 \end{figure}
2455
2456 \pagebreak[2]
2457
2458 \section{Webservices}
2459 \label{jvwebservices}
2460 The term ``Webservices'' refers to a variety of data exchange
2461 mechanisms based on HTTP.\footnote{HTTP: Hyper-Text Transfer Protocol.} 
2462
2463 \parbox[c]{4.5in}{Jalview can exploit public webservices to access databases
2464 remotely, and also submit data to public services by opening pages with your web browser. These types of
2465 services are `one-way', {\sl i.e.} data is either sent to the webservice or
2466 retrieved from it by Jalview. The desktop application can also interact
2467 with `two-way' remote analysis services in order to offload computationally
2468 intensive tasks to High Performance Computing facilities. Most of these two-way
2469 services are provided by {\bf Ja}va {\bf B}ioinformatics {\bf A}nalysis {\bf
2470 W}eb {\bf S}ervice (JABAWS) servers\footnote{See
2471 http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws for more information and to download
2472 your own server.}, which provides an easily installable system for performing
2473 a range of bioinformatics analysis tasks. }
2474 \parbox[c]{1.75in}{\includegraphics[width=1.65in]{images/wsmenu.pdf}}
2475
2476 \subsection{One-way web services}
2477
2478 There are two types of one way service in jalview. Database services,
2479 which were introduced in in Section \ref{fetchseq}, provide sequence and
2480 alignment data. They can also be used to add sequence IDs to an alignment
2481 imported from a local file, prior to further annotation retrieval, as described
2482 in Section \ref{featuresfromdb}. A second type of one way service is provided
2483 by Jalview's DAS sequence feature retrieval system, which is described
2484 in Section \ref{dasfretrieval}. 
2485 % The final type of one way service are sequence
2486 % and ID submission services.
2487 % exemplified by the `Envision2 Services' provided
2488 % by the ENFIN Consortium\footnote{ENFIN is the European Network for Functional
2489 % INtegration. Please see http://www.enfin.org for more information. }.
2490
2491 % \subsubsection{One-way submission services}
2492 % Jalview can use the system's web browser to submit sets of sequences and
2493 % sequence IDs to web based applications. Single sequence IDs can be passed to
2494 % a web site using the user definable URL links listed under the {\sl
2495 % Links} submenu of the sequence ID popup menu. These are configured
2496 % in the {\sl Connections} tab of the {\sl Preferences} dialog box.
2497
2498 % The Envision 2 services presented in the webservice menu provides are the first
2499 % example of one-way services where multiple sequences or sequence IDs can be
2500 % sent. The {\sl Web service $\Rightarrow$ Envision 2 Services} menu entry
2501 % provides two sub-menus that enable you to submit the sequences or IDs
2502 % associated with the alignment or just the currently selected sequences to one
2503 % of the Envision2 workflows. Selecting any one will open a new browser window on
2504 % the Envision2 web application. The menu entries and their tooltips provide
2505 % details of the Envision2 workflow and the dataset set that will be submitted
2506 % ({\sl i.e.} the database reference type, or associated sequence subset). Please
2507 % note, due to technical limitations, Jalview can currently only submit small
2508 % numbers of sequences to the workflows - if no sequence or ID submissions are
2509 % presented in the submenus, then try to select a smaller number of sequences to
2510 % submit. 
2511
2512 \subsection{Remote Analysis Web Services}
2513 Remote analysis services enable Jalview to use external computational
2514 facilities. There are curently three types of service - multiple sequence
2515 alignment, protein secondary structure prediction, and alignment analysis.
2516 Many of these are provided by JABA servers, which are described at the end of
2517 this section. In all cases, Jalview will construct a job based on the alignment
2518 or currently selected sequences, ask the remote server to run the job, monitor
2519 status of the job and, finally, retrieve the results of the job and display
2520 them. The Jalview user is kept informed of the progress of the job through a
2521 status window.
2522
2523 Currently, web service jobs and their status windows are not stored in Jalview
2524 Project Files\footnote{This may be rectified in future versions.}, so it is
2525 important that you do not close Jalview whilst a job is running. It is also
2526 essential that you have a continuous network connection in order to
2527 successfully use web services from Jalview, since it periodically checks the
2528 progress of running jobs.
2529
2530
2531 \subsection{JABA Web Services for sequence alignment and analysis}
2532 \label{jabaservices}
2533 JABA stands for ``JAva Bioinformatics Analysis'', which is a system developed
2534 by Peter Troshin and Geoff Barton at the University of Dundee for running
2535 computationally intensive bioinformatics analysis programs. A JABA installation
2536 typically provides a range of JABA web services (JABAWS) for use by other
2537 programs, such as Jalview.
2538
2539 Exercises in the remainder of this section will demonstrate the simplest way of
2540 installing JABA on your computer, and configuring Jalview so it can access the JABA services. If you
2541 need any further help or more information about the services, please go to the
2542 \href{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws}{JABAWS home page}.
2543 %% \subsubsection{Aims}
2544 %%  \begin{list}{$\bullet$}{}
2545 %%  \item Gain experience using the different alignment services provided by
2546 % JABA
2547 %%\item Learn about the way that Jalview stores user presets for JABA services
2548 %%\item Learn how to install JABA services and configure Jalview to access them
2549 %%\end{list}
2550
2551 \subsection{Changing the Web Services menu layout}
2552 \label{changewsmenulayout}
2553 If you are working with a lot of different JABA services, you may wish to change
2554 the way Jalview lays out the web services menu. You can do this from the Web
2555 Services tab of the {\sl Preferences} dialog box.
2556
2557 \exercise{Changing the Layout of the Web Services Menu}{
2558 \label{changewsmenulayoutex}
2559 \exstep{Make sure you have loaded an alignment into Jalview, and examine the
2560 current layout of the alignment window's {\sl Web Service} menu.}
2561 \exstep{Open the preferences dialog box and select the web services tab.}
2562 \exstep{Ensure the {\sl Enable JABAWS services} checkbox is selected, and unselect
2563 the {\sl Enable Enfin Services} checkboxes.}
2564 \exstep{Hit {\sl Refresh Services} to update the web services menu -- once the
2565 progress bar has completed, open the {\sl Web Service} menu to view the changes.}
2566 \exstep{Select the {\sl Index by host} checkbox and refresh the services once again.
2567
2568 {\sl Observe the way the layout of the JABAWS Alignment submenu changes.}
2569 }
2570 \exstep{Do the same with the {\sl Index by type} checkbox.} 
2571 }
2572
2573 Jalview provides these options for configuring the layout of the  {\sl Web Service}
2574 menu because different Jalview users may have access to a different number of
2575 JABA services, and each will have their own preference regarding the layout of
2576 the menu.
2577
2578 \begin{figure}[htbc]
2579 \begin{center}
2580 \includegraphics[width=3in]{images/jvjabawsconfig.pdf}
2581 \caption{{\bf The Jalview Web Services preferences panel.} Options are provided
2582 for configuring the list of JABA servers that Jalview will use, enabling and
2583 disabling Enfin services, and configuring the layout of the web services
2584 menu.}
2585 \label{jvjabawsconfig}
2586 \end{center}
2587 \end{figure}
2588
2589
2590 \subsubsection{Testing JABA services}
2591 The JABAWS configuration dialog shown in Figure \ref{jvjabawsconfig} has colour
2592 codes to indicate whether the Desktop can access the server, and whether all
2593 services advertised by the server are functional. The colour codes are:
2594
2595 \begin{list}{$\bullet$}{}
2596   \item Red - Server cannot be contacted or reports a connection error.
2597   \item Amber - Jalview can connect, but one or more services are non-functional.
2598   \item Green - Server is functioning normally.
2599 \end{list}
2600   %TODO green and a tick, red and a cros, amber and a value indicating whether its all going
2601
2602 Test results from JABAWS are reported on Jalview's console output (opened from
2603 the Tools menu). Tests are re-run every time Jalview starts, and when the
2604 [Refresh Services] button is pressed on the Jalview JABAWS configuration panel.
2605
2606 \subsubsection{Resetting the JABA services setting to their defaults}
2607 Once you have configured a JABAWS server and selected the OK button of the
2608 preferences menu, the settings will be stored in your Jalview preferences file,
2609 along with any preferences regarding the layout of the web services menu. If
2610 you should ever need to reset the JABAWS server list to its defaults, use the
2611 `Reset Services' button on the Web Services preferences panel.
2612
2613 \subsection{Running your own JABA server}
2614 You can download and run JABA on your own machine using the `VMWare' or
2615 VirtualBox virtual machine environments. If you would like to learn how to do
2616 this, there are full instructions at the
2617 \href{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws/}{JABA web site}.
2618
2619 \exercise{Installing a JABA Virtual Machine on your computer}{
2620 \label{jabawsvmex}{\sl This tutorial will demonstrate the simplest way of
2621 installing JABA on your computer, and configuring Jalview so it can access the JABA services. 
2622
2623 {\bf Prerequisites}
2624
2625 You will need a copy of VMWare Player/Workstation/Fusion on your machine.
2626 }
2627
2628 \exstep{If you do not have VMWare player installed, download it from
2629 www.vmware.com (this takes a few minutes -- you will need to register and wait
2630 for an email with a download link).}
2631 \exstep{Download the JABA virtual appliance archive called `jaba-vm.zip' from
2632 \textsf{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws/archive/jabaws-vm.zip}
2633
2634 WARNING: This is large (about 300MB) and will take some time to download.
2635 }
2636 \exstep{Unpack the archive's contents to a place on your machine with at least
2637 2GB of free space.
2638
2639 (On Windows, right click on the archive, and use the 'Extract archive..' option).
2640 }
2641 \exstep{Open the newly extracted directory and double click the VMWare virtual
2642 machine configuration file (jabaws.vcf). This will launch the VMWare player.
2643 }
2644 \exstep{Once VMWare player has started up, it may ask the question ``Did you move or copy
2645 this virtual appliance?'' -- select `Copy'.}
2646 \exstep{You may be prompted to download the VMWare linux tools. These are not
2647 necessary, so close the window or click on `Later'.}
2648 \exstep{You may also be prompted to install support for one or more devices (USB
2649 or otherwise). Say `No' to these options.}
2650 \exstep{Once the machine has loaded, it will display a series of IP addresses
2651 for the different services provided by the VM. Make a note of the JABAWS URL --
2652 this will begin with `http:' and end with `/jabaws''.}
2653 }
2654
2655 \exercise{Configuring Jalview to access your new JABAWS virtual appliance}{
2656 \label{confnewjabawsappl}
2657 \exstep{Start Jalview (If you have not done so already).} 
2658 \exstep{Enable the Jalview Java Console by selecting its option from the Tools
2659 menu.
2660
2661 {\sl Alternately, use the System Java console if you have
2662 configured it to open when Jalview is launched, {\sl via} your system's Java
2663 preferences (under the `Advanced' tab on Windows).}}
2664 \exstep{Open the {\sl Preferences} dialog and locate the Web Services tab.}
2665 \exstep{Add the URL for the new JABAWS server you started in Exercise
2666 \ref{jabawsvmex} to the list of JABAWS urls using the `New Service
2667 URL' button.}
2668 \exstep{You will be asked if you want to test the service. Hit `Yes' to do this
2669 -- you should then see some output in the console window.
2670
2671 {\sl Take a close look at the output in the console.  What do you think is
2672 happening?}
2673 }
2674 \exstep{Hit OK to save your preferences -- you have now added a new JABA
2675 service to Jalview!}
2676 \exstep{Try out your new JABA services by loading the ferredoxin sequences from
2677 http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}
2678 \exstep{Launch an alignment using one
2679 of the JABA methods provided by your server. It will be listed under the JABAWS Alignment submenu of the {\sl Web Service} menu on the alignment window.
2680
2681 {\sl Note: You can watch the JABA VM appliance's process working by opening the
2682 process monitor on your system. (On Windows XP, this involves right-clicking the
2683 system clock and opening the task manager -- then selecting the 'Processes' tab
2684 and sort by CPU).}
2685 }
2686 }
2687
2688 \section{Multiple Sequence Alignment}
2689 \label{msaservices}
2690 Sequences can be aligned using a range of algorithms provided by JABA web
2691 services. These include ClustalW\footnote{{\sl ``CLUSTAL W: improving the
2692 sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence
2693 weighting, position specific gap penalties and weight matrix choice."} Thompson
2694 JD, Higgins DG, Gibson TJ (1994) {\sl  Nucleic Acids Research} {\bf 22},
2695 4673-80}, Muscle\footnote{{\sl ``MUSCLE: a multiple sequence alignment method
2696 with reduced time and space complexity"} Edgar, R.C.
2697 (2004) {\sl BMC Bioinformatics} {\bf 5}, 113},  MAFFT\footnote{{\sl ``MAFFT: a
2698 novel method for rapid multiple sequence alignment based on fast Fourier
2699 transform"}  Katoh, K., Misawa, K., Kuma, K. and Miyata, T. (2002) {\sl Nucleic
2700 Acids Research} {\bf 30}, 3059-3066.  and {\sl ``MAFFT version 5:
2701 improvement in accuracy of multiple sequence alignment"} Katoh, K., Kuma, K.,
2702 Toh, H. and Miyata, T. (2005) {\sl Nucleic Acids Research} {\bf 33}, 511-518.},
2703 ProbCons,\footnote{PROBCONS: Probabilistic Consistency-based Multiple Sequence
2704 Alignment.
2705 Do, C.B., Mahabhashyam, M.S.P., Brudno, M., and Batzoglou, S.
2706 (2005) {\sl Genome Research} {\bf 15} 330-340.} T-COFFEE\footnote{T-Coffee:
2707 A novel method for multiple sequence alignments. (2000) Notredame, Higgins and
2708 Heringa {\sl JMB} {\bf 302} 205-217} and Clustal Omega.\footnote{Fast, scalable
2709 generation of high-quality protein multiple sequence alignments using Clustal
2710 Omega. Sievers F, Wilm A, Dineen DG, Gibson TJ, Karplus K, Li W, Lopez R,
2711 McWilliam H, Remmert M, Soding J, Thompson JD, Higgins DG (2011) {\sl Molecular
2712 Systems Biology} {\bf 7} 539
2713 \href{http://dx.doi.org/10.1038/msb.2011.75}{doi:10.1038/msb.2011.75}} Of these,
2714 T-COFFEE is the slowest, but also the most accurate. ClustalW is historically
2715 the most widely used. Muscle is faster than ClustalW and probably the most
2716 accurate for smaller alignments and MAFFT is probably the best for large
2717 alignments, however Clustal Omega, which was released in 2011, is arguably the
2718 fastest and most accurate tool for protein multiple alignment.
2719
2720
2721 To run an alignment web service, select the appropriate method from the {\sl
2722 Web Service $\Rightarrow$  Alignment $\Rightarrow$ \ldots} submenu (Figure
2723 \ref{webservices}). For each service you may either perform an alignment with
2724 default settings, use one of the available presets, or customise the parameters
2725 with the `{\sl Edit and Run ..}' dialog box. Once the job is submitted, a
2726 progress window will appear giving information about the job and any errors that
2727 occur. After successful completion of the job, a new window is opened with the
2728 results, in this case an alignment. By default, the new alignment will be
2729 ordered in the same way as the input sequences; however, many alignment programs
2730 re-order the input to place homologous sequences close together. This ordering
2731 can be recovered using the `Original ordering' entry within the {\sl Calculate
2732 $\Rightarrow$ Sort } sub menu.
2733
2734 \begin{figure}[htbp]
2735 \begin{center}
2736 \parbox[c]{1.5in}{\includegraphics[width=1.5in]{images/ws1.pdf}}
2737 \parbox[c]{2.5in}{\includegraphics[width=2.5in]{images/ws2.pdf}}
2738 \parbox[c]{2in}{\includegraphics[width=2in]{images/ws3.pdf}}
2739 \caption{{\bf Multiple alignment via web services} The appropriate method is
2740 selected from the menu (left), a status box appears (centre), and the results
2741 appear in a new window (right)}
2742 \label{webservices}
2743 \end{center}
2744 \end{figure}
2745
2746 \subsubsection{Realignment}
2747
2748 The re-alignment option is currently only supported by ClustalW and Clustal
2749 Omega. When performing a re-alignment, Jalview submits the current selection to
2750 the alignment service complete with any existing gaps. This approach is useful
2751 when one wishes to align additional sequences to an existing alignment without
2752 any further optimisation to the existing alignment. The Re-alignment service
2753 provided by ClustalW in this case is effectively a simple form of profile
2754 alignment.
2755
2756 \subsubsection{Alignments of sequences that include hidden regions}
2757
2758 If the view or selected region that is submitted for alignment contains hidden
2759 regions, then {\bf only the visible sequences will be submitted to the service}.
2760 Furthermore, each contiguous segment of sequences will be aligned independently
2761 (resulting in a number of alignment `subjobs' appearing in the status window).
2762 Finally, the results of each subjob will be concatenated with the hidden regions
2763 in the input data prior to their display in a new window. This approach ensures
2764 that 1) hidden column boundaries in the input data are preserved in the
2765 resulting alignment - in a similar fashion to the constraint that hidden columns
2766 place on alignment editing (see Section \ref{lockededits}), and 2) hidden
2767 columns can be used to preserve existing parts of an alignment whilst the
2768 visible parts are locally refined.
2769
2770 \exercise{Multiple Sequence Alignment}{
2771 \exstep{ Close all windows and open the alignment at {\sf
2772 http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa}.  Select {\sl
2773 Web Service $\Rightarrow$ Alignment $\Rightarrow$ Muscle with Defaults}. A window will open giving the job status. After a short time, a second window will open with the results of the alignment.} \exstep{Select the first sequence set by clicking on the window and try running ClustalW and MAFFT (from the {\sl Web Service $\Rightarrow$ Alignment} menu) on the same initial alignment. Compare them and you should notice small differences. }
2774 \exstep{Select the last three sequences in the MAFFT alignment, and de-align them with {\sl Edit $\Rightarrow$ Remove All Gaps}. Press [ESC] to deselect them and then submit the view for re-alignment with ClustalW.}
2775 \exstep{Use [CTRL]-Z to recover the alignment of the last three sequences in the MAFFT alignment. Once the ClustalW re-alignment has completed, compare the results of re-alignment of the three sequences with their alignment in the original MAFFT result.}
2776 \exstep{Select columns 60 to 125 in the original MAFFT alignment and hide them. Select {\sl Web Services $\Rightarrow$ Alignment $\Rightarrow$ Mafft with Defaults} to submit the visible portion of the alignment to MAFFT. When the web service job pane appears, note that there are now two alignment job status panes shown in the window.}
2777 \exstep{When the MAFFT job has finished, compare the alignment of the N-terminal visible region in the result with the corresponding region of the original alignment. If you wish, select and hide a few more columns in the N-terminal region, and submit the alignment to the service again and explore the effect of local alignment on the non-homologous parts of the N-terminal region.} 
2778 }
2779
2780
2781 \subsection{Customising the parameters used for alignment}
2782
2783 JABA web services allow you to vary the parameters used when performing a
2784 bioinformatics analysis. For JABA alignment services, this means you are
2785 usually able to modify the following types of parameters:
2786 \begin{list}{$\bullet$}{}
2787 \item Amino acid or nucleotide substitution score matrix
2788 \item Gap opening and widening penalties
2789 \item Types of distance metric used to construct guide trees
2790 \item Number of rounds of re-alignment or alignment optimisation  
2791 \end{list}
2792
2793
2794 \subsubsection{Getting help on the parameters for a service}
2795 Each parameter available for a method usually has a short description, which
2796 jalview will display as a tooltip, or as a text pane that can be opened under
2797 the parameter's controls. In the parameter shown in Figure
2798 \ref{clustalwparamdetail}, the description was opened by selecting the button on the left hand side. Online help for the
2799 service can also be accessed, by right clicking the button and selecting a URL
2800 from the pop-up menu that will open.
2801
2802 \begin{figure}[htbp]
2803 \begin{center}
2804 \includegraphics[width=2.5in]{images/clustalwparamdetail.pdf}
2805 \caption{{\bf ClustalW parameter slider detail}. From the ClustalW {\sl Clustal $\Rightarrow$ Edit settings and run ...} dialog box. }
2806 \label{clustalwparamdetail}
2807 \end{center}
2808 \end{figure} 
2809
2810 \subsection{Alignment Presets}
2811 The different multiple alignment algorithms available from JABA vary greatly in
2812 the number of adjustable parameters, and it is often difficult to identify what
2813 are the best values for the sequences that you are trying to align. For these
2814 reasons, each JABA service may provide one or more presets -- which are
2815 pre-defined sets of parameters suited for particular types of alignment
2816 problem. For instance, the Muscle service provides the following presets:
2817 \begin{list}{$\bullet$}{}
2818 \item Huge
2819 \item Protein alignments (fastest speed)
2820 \item Nucleotide alignments (fastest speed)
2821 \end{list}
2822
2823 The presets are displayed in the JABA web services submenu, and can also be
2824 accessed from the parameter editing dialog box, which is opened by selecting
2825 the `{\sl Edit settings and run ...}' option from the web services menu. If you have used
2826 a preset, then it will be mentioned at the beginning of the job status file shown
2827 in the web service job progress window.
2828
2829 \subsubsection{Alignment Service Limits}
2830 Multiple alignment is a computationally intensive calculation. Some JABA server
2831 services and service presets only allow a certain number of sequences to be
2832 aligned. The precise number will depend on the server that you are using to
2833 perform the alignment. Should you try to submit more sequences than a service
2834 can handle, then an error message will be shown informing you of the maximum
2835 number allowed by the server.
2836
2837 \subsection{User defined Presets}
2838 Jalview allows you to create your own presets for a particular service. To do
2839 this, select the `{\sl Edit settings and run ...}' option for your service,
2840 which will open a parameter editing dialog box like the one shown in Figure
2841 \ref{jwsparamsdialog}.
2842
2843 The top row of this dialog allows you to browse the existing presets, and
2844 when editing a parameter set, allows you to change its nickname. As you
2845 adjust settings, buttons will appear at the top of the parameters dialog that
2846 allow you to Revert or Update the currently selected user preset with your changes, Delete the current preset, or Create a new preset, if none exists with the given name. In addition to the parameter set name, you can also provide a short
2847 description for the parameter set, which will be shown in the tooltip for the
2848 parameter set's entry in the web services menu.
2849
2850 \begin{figure}[htbc]
2851 \center{
2852 \includegraphics[width=3in]{images/jvaliwsparamsbox.pdf}
2853 \caption{{\bf Jalview's JABA alignment service parameter editing dialog box}.}
2854 \label{jwsparamsdialog} }
2855 \end{figure}
2856
2857 \subsubsection{Saving parameter sets}
2858 When creating a custom parameter set, you will be asked for a file name to save
2859 it. The location of the file is recorded in the Jalview user preferences in the
2860 same way as a custom alignment colourscheme, so when Jalview is launched again,
2861 it will show your custom preset amongst the options available for running the
2862 JABA service.
2863
2864
2865 % \exercise{Creating and using user defined presets}{\label{createandusepreseex}
2866 % \exstep{Import the file at
2867 % \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/fdx\_unaligned.fa} into jalview.}
2868 % \exstep{Use the `{\slDiscover Database Ids}' function to recover the PDB cross
2869 % references for the sequences.}
2870 % \exstep{Align the sequences using the default ClustalW parameters.}
2871 % \exstep{Use the `{\sl Edit and run..}'
2872 % option to open the ClustalW parameters dialog box, and create a new preset using
2873 % the following settings:
2874 % \begin{list}{$\bullet$}{}
2875 % \item BLOSUM matrix (unchanged)
2876 % \item Gap Opening and End Gap penalties = 0.05
2877 % \item Gap Extension and Separation penalties = 0.05
2878 % \end{list}
2879
2880 % As you edit the parameters, buttons will appear on the dialog box
2881 % allowing you revert your changes or save your settings as a new parameter
2882 % set.
2883
2884 % Before you save your settings, remeber to give them a meaningful name by editing
2885 % the text box at the top of the dialog box.
2886 % }
2887 % \exstep{Repeat the alignment using your new parameter set by selecting it from
2888 % the {\sl ClustalW Presets menu}.} 
2889 % \exstep{These sequences have PDB structures associated with them, so it is
2890 % possible to compare the quality of the alignments.
2891
2892 % Use the {\sl View all {\bf N}
2893 % structures} option to calculate the superposition of 1fdn on 1fxd for both
2894 % alignments (refer to section \ref{superposestructs} for instructions). Which
2895 % alignment gives the best RMSD ? }
2896 % \exstep{Apply the same alignment parameter settings to the example alignment
2897 % (available from \textsf{http://www.jalview.org/examples/uniref50.fa}). 
2898
2899 % Are there differences ? If not, why not ?
2900 % }
2901 % }
2902
2903 \section{Protein alignment conservation analysis}
2904 \label{aacons}
2905 The {\sl Web Service $\Rightarrow$ Conservation} menu controls the computation
2906 of up to 17 different amino acid conservation measures for the current alignment
2907 view. The JABAWS AACon Alignment Conservation Calculation Service, which is used
2908 to calculate these scores, provides a variety of standard measures described by
2909 Valdar in 2002\footnote{Scoring residue conservation. Valdar (2002) {\sl
2910 Proteins: Structure, Function, and Genetics} {\bf 43} 227-241.} as well as an efficient implementation of the SMERFs
2911 score developed by Manning et al. in 2008.\footnote{SMERFS Score Manning et al. {\sl BMC
2912 Bioinformatics} 2008, {\bf 9} 51 \href{http://dx.doi.org/10.1186/1471-2105-9-51}{doi:10.1186/1471-2105-9-51}}
2913
2914 \subsubsection{Enabling and disabling AACon calculations}
2915 When the AACon Calculation entry in the {\sl Web Services $\Rightarrow$
2916 Conservation} menu is ticked, AACon calculations will be performed every time
2917 the alignment is modified. Selecting the menu item will enable or disable
2918 automatic recalculation.
2919
2920 \subsubsection{Configuring which AACon calculations are performed}
2921 The {\sl Web Services $\Rightarrow$ Conservation $\Rightarrow$ Change AACon
2922 Settings ...} menu entry will open a web services parameter dialog for the
2923 currently configured AACon server. Standard presets are provided for quick and
2924 more expensive conservation calculations, and parameters are also provided to
2925 change the way that SMERFS calculations are performed.
2926 AACon settings for an alignment are saved in Jalview projects along with the
2927 latest calculation results.
2928
2929 \subsubsection{Changing the server used for AACon calculations}
2930 If you are working with alignments too large to analyse with the public JABAWS
2931 server, then you will most likely have already configured additional JABAWS
2932 servers. By default, Jalview will chose the first AACon service available from
2933 the list of JABAWS servers available. If available, you can switch to use
2934 another AACon service by selecting it from the {\sl Web Services $\Rightarrow$
2935 Conservation $\Rightarrow$ Switch Server} submenu.
2936
2937 % TODO
2938 \section{Protein Secondary Structure Prediction}
2939 \label{protsspredservices}
2940 Protein secondary structure prediction is performed using the
2941 Jpred\footnote{{\sl ``The Jpred 3 Secondary Structure Prediction Server''} Cole, C., Barber, J. D. and Barton, G. J. (2008) {\sl Nucleic Acids Research} {\bf 36}, (Web Server Issue) W197-W201
2942
2943 {\sl ``Jpred: A Consensus Secondary Structure Prediction Server''} Cuff, J. A.,
2944 Clamp, M. E., Siddiqui, A. S., Finlay, M. and Barton, G. J. (1998) {\sl
2945 Bioinformatics} {\bf 14}, 892-893} server at the University of
2946 Dundee\footnote{http://www.compbio.dundee.ac.uk/www-jpred/}. The behaviour of
2947 this calculation depends on the current selection:
2948 \begin{list}{$\circ$}{}
2949 \item If nothing is selected, Jalview will check the length of each alignment row to determine if the visible sequences in the view are aligned.
2950 \begin{list}{-}{}
2951               \item If all rows are the same length (often due to the
2952               application of the {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps} option), then
2953               a JPred prediction will be run for the first sequence in the
2954               alignment, using the current alignment as the profile to use for prediction.
2955               \item  Otherwise, just the first sequence will be submitted for a
2956               full JPred prediction.
2957 \end{list}
2958 \item If just one sequence (or a region in one sequence) has been selected, it
2959 will be submitted to the automatic JPred prediction server for homolog detection
2960 and prediction.
2961 \item If a set of sequences are selected, and they appear to be aligned using
2962 the same criteria as above, then the alignment will be used for a JPred
2963 prediction on the first sequence in the set (that is, the one that appears first in the alignment window).
2964 \end{list}
2965 Jpred is launched in the same way as the other web services. Select {\sl Web
2966 Services $\Rightarrow$ Secondary Structure Prediction $\Rightarrow$ JNet
2967 Secondary Structure Prediction}\footnote{JNet is the Neural Network based
2968 secondary structure prediction method that the JPred server uses.} from the
2969 alignment window menu (Figure \ref{jpred}).
2970 A status window opens to inform you of the progress of the job. Upon completion, a new alignment window opens and the Jpred
2971 predictions are included as annotations. Consult the Jpred documentation for
2972 information on interpreting these results.
2973
2974 \begin{figure}[htbp]
2975 \begin{center}
2976 \includegraphics[width=2.25in]{images/jpred1.pdf}
2977 \includegraphics[width=3in]{images/jpred2.pdf}
2978 \caption{{\bf Secondary Structure Prediction} Status (left) and results (right) windows for JNet predictions. }
2979 \label{jpred}
2980 \end{center}
2981 \end{figure}
2982
2983 \subsubsection{Hidden Columns and JNet Predictions}
2984 \label{hcoljnet}
2985 Hidden columns can be used to exclude parts of a sequence or profile from the
2986 input sent to the JNet service. For instance, if a sequence is known to include
2987 a large loop insertion, hiding that section prior to submitting the JNet
2988 prediction can produce different results. In some cases, these secondary structure predictions can be more reliable for sequence on either side of the insertion\footnote{This, of course, cannot be guaranteed.}. Prediction results returned from the service will
2989 be mapped back onto the visible parts of the sequence, to ensure a single frame
2990 of reference is maintained in your analysis.
2991
2992 \exercise{Secondary Structure Prediction}{
2993 \label{secstrpredex}
2994 \exstep{ Open the alignment at \url{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. Select the sequence {\sl FER\_MESCR} by clicking on the sequence ID. Then select {\sl Web Services $\Rightarrow$ Secondary Structure Prediction $\Rightarrow$ JNet Secondary Structure Prediction} from the alignment window menu. A status window will appear and after some time (about 2-4 min) a new window with the JPred prediction will appear. Note that the number of sequences in the results window is many more than in the original alignment as JNet performs a PSI-BLAST search to expand the prediction dataset.
2995 }
2996 % TODO: check how long this takes - about 2 mins once it gets on the cluster.
2997 \exstep{
2998 Select a different sequence and perform a JNet prediction in the same way. There will probably be minor differences in the predictions.
2999 }
3000 \exstep{
3001 Select the second sequence prediction, and copy and paste it into the first
3002 prediction window. You can now compare the two predictions. Jnet secondary structure prediction annotations are examples of {\bf sequence-associated alignment annotation}.
3003 % which is described in Section \ref{seqassocannot} below.
3004 }
3005 \exstep{
3006 Select and hide some columns in one of the profiles that were returned from the JNet service, and then submit the profile for prediction again. 
3007 }
3008 \exstep{
3009 When you get the result, verify that the prediction has not been made for the
3010 hidden parts of the profile, and that the JPred reliability scores differ from the prediction made on the full profile.
3011
3012 {\sl Note: you may want to keep this data for use in exercise \ref{viewannotfileex}.}
3013 }
3014 \exstep{
3015 In the original alignment that you loaded in step 1, {\bf select all} sequences,
3016 then open the {\bf Sequence ID $\Rightarrow$ Selection } submenu and select the
3017 {\bf Add Reference Annotation} option.
3018
3019 The JNet predictions for the sequences should now be visible in the original
3020 alignment.} }
3021
3022 \section{Protein Disorder Prediction}
3023 \label{protdisorderpred}
3024
3025 Disordered regions in proteins were classically thought to correspond to
3026 'linkers' between distinct protein domains, but disorder can also play a role in
3027 function. The {\sl Web Services $\Rightarrow$ Disorder} menu in the alignment window
3028 allows access to protein disorder prediction services provided by the configured
3029 JABAWS servers. 
3030
3031 \subsection{Disorder prediction results}
3032 Each service operates on sequences in the alignment to identify regions likely
3033 to be unstructured or flexible, or alternately, fold to form globular domains.
3034 As a consequence, disorder predictor results include both sequence features and
3035 sequence associated alignment annotation rows. Section \ref{featannot} describes
3036 the manipulation and display of these data in detail, and {\bf Figure
3037 \ref{alignmentdisorder}} demonstrates how sequence feature shading and
3038 thresholding (described in Section \ref{featureschemes}) can be used to
3039 highlight differences in disorder prediction across aligned sequences.
3040
3041 \begin{figure}[htbp]
3042 \begin{center}
3043 \includegraphics[width=5in]{images/disorderpred.pdf}
3044 \caption{{\bf Shading alignment by sequence disorder}. Alignment of Interleukin IV homologs coloured with Blosum62 with protein disorder prediction sequence features overlaid, shaded according to their score. Borderline disordered regions appear white, reliable predictions are either Green or Brown depending on the type of disorder prediction. }
3045 \label{alignmentdisorder}
3046 \end{center}
3047 \end{figure}
3048
3049 \subsubsection{Navigating large sets of disorder predictions}
3050
3051 {\bf Figure \ref{alignmentdisorderannot}} shows a single sequence annotated with
3052 a range of disorder predictions. Disorder prediction annotation rows are
3053 associated with a sequence in the same way as secondary structure prediction
3054 results. When browsing an alignment containing large numbers of disorder
3055 prediction annotation rows, clicking on the annotation row label will highlight
3056 the associated sequence in the alignment display, and double clicking will
3057 select that sequence.
3058
3059 \begin{figure}[htbp]
3060 \begin{center}
3061 \includegraphics[width=5in]{images/disorderpredannot.pdf}
3062 \caption{{\bf Annotation rows for several disorder predictions on a sequence}. A
3063 zoomed out view of a prediction for a single sequence. The sequence is shaded to highlight disordered regions (brown and grey), and the line plots below the Sequence show the raw scores for various disorder predictors. Horizontal lines on each graph mark the level at which disorder predictions become significant. }
3064 \label{alignmentdisorderannot}
3065 \end{center}
3066 \end{figure}
3067
3068
3069 \subsection{Disorder predictors provided by JABAWS 2.0}
3070 For full details of each predictor and the results that Jalview can display,
3071 please consult
3072 \href{http://www.jalview.org/help/html/webServices/proteinDisorder.html}{Jalview's
3073 protein disorder service documentation}. Short descriptions of the methods provided in JABAWS 2.0 are given below:
3074
3075 \subsubsection{DisEMBL}
3076 \href{http://dis.embl.de/}{DisEMBL (Linding et al., 2003)} is a set of machine-learning based predictors trained to
3077 recognise disorder-related annotation found on PDB structures.
3078
3079 \textbf{COILS} Predicts
3080 loops/coils according to DSSP
3081 definitions\footnote{DSSP Classifications of secondary structure are: $\alpha$-helix (H), 310-helix (G), $\beta$-strand (E)
3082 are ordered, and all other states ($\beta$-bridge (B), $\beta$-turn (T), bend (S),
3083 $\pi$-helix (I), and coil (C)) considered loops or coils.}. Features mark range(s) of
3084 residues predicted as loops/coils, and annotation row gives raw value
3085 for each residue. Value over 0.516 indicates loop/coil.
3086
3087 \textbf{HOTLOOPS} constitute a refined subset of \textbf{COILS}, namely those loops with
3088 a high degree of mobility as determined from C$\alpha$ temperature factors (B
3089 factors). It follows that highly dynamic loops should be considered
3090 protein disorder. Features mark range(s) of residues predicted to
3091 be hot loops and annotation row gives raw value for each
3092 residue. Values over 0.6 indicates hot loop.
3093
3094 \textbf{REMARK465} ``Missing
3095 coordinates in X-ray structure as defined by remark465 entries in PDB.
3096 Nonassigned electron densities most often reflect intrinsic disorder,
3097 and have been used early on in disorder prediction.'' Features give
3098 range(s) of residues predicted as disordered, and annotation rows gives
3099 raw value for each residue. Values over 0.1204 indicates disorder.
3100
3101 \subsubsection{RONN {\sl a.k.a.} Regional Order Neural Network}
3102 \href{http://www.strubi.ox.ac.uk/RONN}{RONN} employs an approach
3103 known as the `bio-basis' method to predict regions of disorder in
3104 sequences based on their local similarity with a gold-standard set of
3105 disordered protein sequences. It yields a set of disorder prediction
3106 scores, which are shown as sequence annotation below the alignment.
3107
3108 \textbf{JRonn}\footnote{JRonn denotes the score for this server because JABAWS
3109 runs a Java port of RONN developed by Peter Troshin and distributed as
3110 part of \href{http://www.biojava.org/}{Biojava 3}} Annotation Row gives RONN score for each residue in
3111 the sequence. Scores above 0.5 identify regions of the protein likely
3112 to be disordered.
3113
3114 \subsubsection{IUPred}
3115 \href{http://iupred.enzim.hu/Help.php}{IUPred} employs
3116 an empirical model to estimate likely regions of disorder. There are
3117 three different prediction types offered, each using different
3118 parameters optimized for slightly different applications. It provides
3119 raw scores based on two models for predicting regions of `long
3120 disorder' and `short disorder'. A third predictor identifies regions
3121 likely to form structured domains.
3122
3123 \textbf{Long disorder} Annotation rows predict
3124 context-independent global disorder that encompasses at least 30
3125 consecutive residues of predicted disorder. A 100 residue
3126 window is used for calculation. Values above 0.5 indicates the residue is
3127 intrinsically disordered.
3128
3129 \textbf{Short disorder} Annotation rows predict for short, (and
3130 probably) context-dependent, disordered regions, such as missing
3131 residues in the X-ray structure of an otherwise globular protein.
3132 Employs a 25 residue window for calculation, and includes adjustment
3133 parameter for chain termini which favors disorder prediction at the
3134 ends. Values above 0.5 indicate short-range disorder.
3135
3136 \textbf{Structured domains} are marked with sequence Features. These highlight
3137 likely globular domains useful for structure genomics investigation. Post-analysis of disordered region profile to find continuous regions
3138 confidently predicted to be ordered. Neighbouring regions close to
3139 each other are merged, while regions shorter than the minimal domain
3140 size of at least 30 residues are ignored.
3141
3142 \subsubsection{GLOBPLOT}
3143 \href{http://globplot.embl.de/}{GLOBPLOT} defines regions of
3144 globularity or natively unstructured regions based on a running sum of
3145 the propensity of residues to be structured or unstructured. The
3146 propensity is calculated based on the probability of each amino acid
3147 being observed within well defined regions of secondary structure or
3148 within regions of random coil. The initial signal is smoothed with a
3149 Savitzky-Golay filter, and its first order derivative
3150 computed. Residues for which the first order derivative is positive
3151 are designated as natively unstructured, whereas those with negative
3152 values are structured.
3153
3154 {\bf Disordered region} sequence features are created marking mark range(s) of residues with positive first order derivatives, and 
3155 \textbf{Globular Domain} features mark long stretches of order. \textbf{Dydx} annotation rows gives the first order derivative of smoothed score. Values above 0 indicates
3156 residue is disordered. 
3157
3158 \textbf{Smoothed Score and Raw Score} annotation rows give the smoothed and raw scores used to create the differential signal that
3159 indicates the presence of unstructured regions. These are hidden
3160 by default, but can be shown by right-clicking on the alignment
3161 annotation panel and selecting \textbf{Show hidden annotation}.
3162
3163 \exercise{Protein Disorder Prediction}{
3164 \label{protdispredex}
3165
3166 \exstep{Open the alignment at
3167 \url{http://www.jalview.org/tutorial/interleukin7.fa}. }
3168
3169 \exstep{Run the DisEMBL disorder predictor {\slvia} the {\slWeb Services
3170 $\Rightarrow$ Disorder Prediction } submenu.}
3171
3172 \exstep{Use {\sl Sequence ID $\Rightarrow$ Structure $\Rightarrow$ Discover PDB
3173 IDs} to retrieve all the PDB structures for the sequences.}
3174
3175 \exstep{Open and align
3176 the structures for all sequences.
3177
3178 {\sl Hint: see \ref{viewAllStructures} to see how to do this.}}
3179
3180 \exstep{Compare the disorder predictions to the structure data by mapping any
3181 available temperature factors to the alignment {\sl via} the {\sl Sequence ID
3182 Popup $\Rightarrow$ Selection $\Rightarrow$ Add reference annotation} option.}
3183
3184 \exstep{Apply the IUPred disorder prediction method} 
3185 \exstep{Use the {\sl Per
3186 sequence option} in the {\sl Colour $\Rightarrow$ By annotation \ldots} dialog to shade
3187 the sequences by the long and short disorder predictors.
3188 Do the two methods agree with the structure ?}}
3189
3190 \section{Features and Annotation}
3191 \label{featannot}
3192 Features and annotations are additional information that is overlaid on the sequences and the alignment. Generally speaking, annotations are associated with columns in the alignment. Features are associated with specific residues in the sequence. 
3193
3194 Annotations are shown below the alignment in the annotation panel, and often reflect properties of the alignment as a whole.  The Conservation, Consensus and Quality scores are examples of dynamic annotation, so as the alignment changes, they change along with it. Conversely, sequence features are properties of the individual sequences, so they do not change with the alignment, but are shown mapped on to specific residues within the alignment. 
3195
3196 Features and annotation can be interactively created, or retrieved from external
3197 data sources. DAS (the Distributed Annotation System) is the primary source of
3198 sequence features, whilst webservices like JNet (see \ref{jpred} above) can be used to analyse a given sequence or alignment and generate annotation for it.
3199
3200
3201 \subsection{Creating sequence features}
3202 Sequence features can be created simply by selecting the area in a sequence (or sequences) to form the feature and selecting {\sl Selection $\Rightarrow$ Create Sequence Feature } from the right-click context menu (Figure \ref{features}). A dialogue box allows the user to customise the feature with respect to name, group, and colour. The feature is then associated with the sequence. Moving the mouse over a residue associated with a feature brings up a tool tip listing all features associated with the residue.
3203
3204 \begin{figure}[htbp]
3205 \begin{center}
3206 \includegraphics[width=2in]{images/feature1.pdf}
3207 \includegraphics[width=2.5in]{images/feature2.pdf}
3208 \includegraphics[width=1.5in]{images/feature3.pdf}
3209 \caption{{\bf Creating sequence features.} Features can readily be created from selections via the context menu and are then displayed on the sequence. }
3210 \label{features}
3211 \end{center}
3212 \end{figure}
3213
3214 Creation of features from a selection spanning multiple sequences results in the creation of one feature per sequence. Each feature remains associated with it's own sequence.
3215
3216 \subsection{Customising feature display}
3217
3218 Feature display can be toggled on or off by selecting the {\sl View
3219 $\Rightarrow$ Show Sequence Features} menu option. When multiple features are
3220 present it is usually necessary to customise the display. Jalview allows the
3221 display, colour, rendering order and transparency of features to be modified
3222 {\sl via} the {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} menu option. This
3223 brings up a dialogue window (Figure \ref{custfeat}) which allows the
3224 visibility of individual feature types to be selected, colours changed (by
3225 clicking on the colour of each sequence feature type) and the rendering order
3226 modified by dragging feature types to a new position in the list. Dragging the
3227 slider alters the transparency of the feature rendering. The Feature
3228 Settings dialog also includes functions for more advanced feature shading
3229 schemes and buttons for sorting the alignment according to the distribution of
3230 features. These capabilities are described further in sections
3231 \ref{featureschemes} and \ref{featureordering}.
3232
3233 \begin{figure}[htbp]
3234 \begin{center}
3235 \includegraphics[width=4in]{images/features4.pdf}
3236 \caption{{\bf Multiple sequence features.} An alignment with JPred secondary structure prediction annotation below it, and many sequence features overlaid onto the aligned sequences. The tooltip lists the features annotating the residue below the mouse-pointer.}
3237 \end{center}
3238 \end{figure}
3239
3240 \begin{figure}[htbp]
3241 \begin{center}
3242 \includegraphics[width=4in]{images/features5.pdf}
3243 \caption{{\bf Customising sequence features.} Features can be recoloured, switched on or off and have the rendering order changed. }
3244 \label{custfeat}
3245 \end{center}
3246 \end{figure}
3247
3248 \subsection{Sequence Feature File Formats}
3249
3250 Jalview supports the widely used GFF tab delimited format\footnote{see
3251 http://www.sanger.ac.uk/resources/software/gff/spec.html} and its own Jalview
3252 Features file format for the import of sequence annotation. Features and
3253 alignment annotation are also extracted from other formats such as Stockholm,
3254 and AMSA. URL links may also be attached to features. See the online
3255 documentation for more details of the additional capabilities of the jalview
3256 features file.
3257
3258 \exercise{Creating features}{
3259 \exstep{Open the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. We know that the Cysteine residues at columns 97, 102, 105 and 135 are involved in iron binding so we will create them as features. Navigate to column 97, sequence 1. Select the entire column by clicking in the ruler bar. Then right-click on the selection to bring up the context menu and select {\sl Selection $\Rightarrow$ Create Sequence Feature}. A dialogue box will appear.
3260 }
3261 \exstep{
3262 Enter a suitable Sequence Feature Name  (e.g. ``Iron binding site") in the
3263 appropriate box. Click on the Feature Colour bar to change the colour if
3264 desired, add a short description (``One of four Iron binding Cysteines") and press OK. The features will then appear on the sequences. } \exstep{Roll the mouse cursor over the new features. Note that the position given in the tool tip is the residue number, not the column number.  To demonstrate that there is one feature per sequence, clear all selections by pressing [ESC] then insert a gap in sequence 3 at column 95. Roll the mouse over the features and you will see that the feature has moved with the sequence. Delete the gap you created.
3265 }
3266 \exstep{
3267 Add a similar feature to column 102. When the feature dialogue box appears, clicking the Sequence Feature Name box brings up a list of previously described features. Using the same Sequence Feature Name allows the features to be grouped.}
3268 \exstep{Select {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} from the
3269 alignment window menu. The Sequence Feature Settings window will appear. Move
3270 this so that you can see the features you have just created. Click the check
3271 box for ``Iron binding site"  under {\sl Display} and note that display of this
3272 feature type is now turned off. Click it again and note that the features are
3273 now displayed. Close the sequence feature settings box by clicking OK or
3274 Cancel.} }
3275
3276 \subsection{Creating user defined annotation}
3277
3278 Annotations are properties that apply to the alignment as a whole and are visualized on rows in the annotation panel.
3279 To create a new annotation row, right click on the annotation label panel and select the {\sl Add New Row} menu option (Figure \ref{newannotrow}). A dialogue box appears. Enter the label to use for this row and a new row will appear.
3280
3281 \begin{figure}[htbp]
3282 \begin{center}
3283 \includegraphics[width=1.3in]{images/annots1.pdf}
3284 \includegraphics[width=2in]{images/annots2.pdf}
3285 \caption{{\bf Creating a new annotation row.} Annotation rows can be reordered by dragging them to the desired place.}
3286 \label{newannotrow}
3287 \end{center}
3288 \end{figure}
3289
3290 To create a new annotation, first select all the positions to be annotated on the appropriate row. Right-clicking on this selection brings up the context menu which allows the insertion of graphics for secondary structure ({\sl Helix} or {\sl Sheet}), text {\sl Label} and the colour in which to present the annotation (Figure \ref{newannot}). On selecting {\sl Label} a dialogue box will appear, requesting the text to place at that position. After the text is entered, the selection can be removed and the annotation becomes clearly visible\footnote{When annotating a block of positions, the text can be partly obscured by the selection highlight. Pressing the  [ESC] key clears the selection and the label is then visible.}. Annotations can be coloured or deleted as desired.
3291
3292 \begin{figure}[htbp]
3293 \begin{center}
3294 \includegraphics[width=2in]{images/annots3.pdf}
3295 \includegraphics[width=2in]{images/annots4.pdf}
3296 \includegraphics[width=2in]{images/annots5.pdf}
3297 \caption{{\bf Creating a new annotation.} Annotations are created from a selection on the annotation row and can be coloured as desired.}
3298 \label{newannot}
3299 \end{center}
3300 \end{figure}
3301
3302 \exercise{Annotating alignments}{
3303 \exstep{Load the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. Right-click on the annotation label for {\sl Conservation} to bring up the context menu and select {\sl Add New Row}. A dialogue box will appear asking for  {\sl Label for annotation}. Enter ``Iron binding site" and click OK. A new, empty, row appears.
3304 }
3305 \exstep{
3306 Navigate to column 97. Select column 97 on the new annotation row. Right click on the selection and select {\sl Label} from the context menu. Enter ``Fe" in the box and click OK. Right-click on the selection again and select {\sl Colour}. Choose a colour from the colour chooser dialogue and click OK. Press [ESC] to remove the selection.
3307 }
3308 \exstep{ Select columns 70-77 on the annotation row. Right-click and choose {\sl Sheet} from the context menu. You will be prompted for a label. Enter ``B" and press OK. A new line showing the sheet as an arrow appears. The colour of the label can be changed but not the colour of the sheet arrow. 
3309 }
3310 \exstep{Right click on the annotation row that you just created.  Select {\sl Export Annotation} and, in the {\bf Export Annotation} dialog box that will open, select the Jalview format and click the [To Textbox] button. 
3311
3312 The format for this file is given in the Jalview help. Press [F1] to open it, and find the ``Annotations File Format'' entry in the ``Alignment Annotations'' section of the contents pane. }
3313
3314 \exstep{Export the file to a text editor and edit the file to change the name of the annotation row. Save the file and drag it onto the alignment view.}
3315 \exstep{Try to add an additional helix somewhere along the row by editing the file and re-importing it.
3316 {\sl Hint: Use the {\bf Export Annotation} function to view what helix annotation looks like in a jalview annotation file.}}
3317 \exstep{Use the {\sl Alignment Window $\Rightarrow$ File $\Rightarrow$ Export Annotations...} function to export all the alignment's annotation to a file.}
3318 \exstep{Open the exported annotation in a text editor, and use the {\bf Annotation File Format} documentation to modify the style of the Conservation, Consensus and Quality annotation rows so they appear as several lines on a single line graph.
3319 {\sl Hint: You need to change the style of annotation row in the first field of the annotation row entry in the file, and create an annotation row grouping to overlay the three quantitative annotation rows.}
3320 }
3321 \label{viewannotfileex}\exstep{Recover or recreate the secondary structure
3322 prediction that you made in exercise \ref{secstrpredex}. Use the {\sl File $\Rightarrow$ Export Annotation} function to view the Jnet secondary structure prediction annotation row. Note the {\bf SEQUENCE\_REF} statements surrounding the row specifying the sequence association for the annotation. } }
3323
3324 \section{Importing features from databases}
3325 \label{featuresfromdb}
3326 Jalview supports feature retrieval from public databases either directly or {\sl
3327 via} the Distributed Annotation System (DAS\footnote{http://www.biodas.org/}).
3328 It includes built in parsers for Uniprot and ENA (or EMBL) records retrieved
3329 from the EBI. Sequences retrieved from these sources using the sequence fetcher (see
3330 Section \ref{fetchseq}) will already possess features.
3331
3332 \subsection{Sequence Database Reference Retrieval}
3333 \label{fetchdbrefs}
3334 Jalview maintains a list of external database references for each sequence in
3335 an alignment. These are listed in a tooltip when the mouse is moved over the
3336 sequence ID when the {\sl View $\Rightarrow$ Sequence ID Tooltip $\Rightarrow$
3337 Show Database Refs } option is enabled. Sequences retrieved using the sequence
3338 fetcher will always have at least one database reference, but alignments
3339 imported from an alignment file generally have no database references.
3340
3341 \subsubsection{Database References and Sequence Coordinate Systems}
3342
3343 Jalview displays features in the local sequence's coordinate system which is
3344 given by its `start' and `end'. Any sequence features on the sequence will be
3345 rendered relative to the sequence's start position. If the start/end positions
3346 do not match the coordinate system from which the features were defined, then
3347 the features will be displayed incorrectly.
3348
3349 \subsubsection{Viewing and exporting a sequence's database annotation}
3350
3351 You can export all the database cross references and annotation terms shown in
3352 the sequence ID tooltip for a sequence by right-clicking and selecting the {\sl
3353 [Sequence ID] $\Rightarrow$ Sequence details \ldots} option from the popup menu.
3354 A similar option is provided in the {\sl Selection} sub-menu allowing you to
3355 obtain annotation for the sequences currently selected. 
3356
3357 \parbox[l]{3.4in}{
3358 The {\sl Sequence Details
3359 \ldots} option will open a window containing the same text as would be shown in
3360 the tooltip window, including any web links associated with the sequence. The
3361 text is HTML, and options on the window allow the raw code to be copied and
3362 pasted into a web page.}
3363 \parbox[c]{3in}{
3364 \centerline{\includegraphics[width=2.2in]{images/seqdetailsreport.pdf}}}
3365
3366 \subsubsection{Automatically discovering a sequence's database references}
3367 Jalview includes a function to automatically verify and update each sequence's
3368 start and end numbering against any of the sequence databases that the {\sl
3369 Sequence Fetcher} has access to. This function is accessed from the {\sl
3370 Webservice $\Rightarrow$ Fetch DB References} sub-menu in the Alignment
3371 window. This menu allows you to query either the set of {\sl Standard
3372 Databases}, which includes EMBL, Uniprot, the PDB, and the currently selected
3373 DAS sequence sources, or just a specific datasource from one of the submenus.
3374 When one of the entries from this menu is selected, Jalview will use the ID
3375 string from each sequence in the alignment or in the currently selected set to
3376 retrieve records from the external source. Any sequences that are retrieved are
3377 matched against the local sequence, and if the local sequence is found to be a
3378 sub-sequence of the retrieved sequence then the local sequence's start/end
3379 numbering is updated.  A new database reference mapping is created, mapping the
3380 local sequence to the external database, and the local sequence inherits any
3381 additional annotation retrieved from the database sequence.
3382
3383 The database retrieval process terminates when a valid mapping is found for a
3384 sequence, or if all database queries failed to retrieve a matching sequence.
3385 Termination is indicated by the disappearance of the moving progress indicator
3386 on the alignment window. A dialog box may be shown once it completes which
3387 lists sequences for which records were found, but the sequence retrieved from
3388 the database did not exactly contain the sequence given in the alignment (the
3389 {\sl ``Sequence not 100\% match'' dialog box}).
3390
3391 \exercise{Retrieving Database References}{
3392 \exstep{Load the example alignment at http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}
3393 \exstep{Verify that there are no database references for the sequences by first
3394 checking that the {\sl View $\Rightarrow$ Sequence ID Tooltip $\Rightarrow$ Show
3395 Database IDs} option is selected, and then mousing over each sequence's ID.}
3396 \exstep{Use the {\sl Webservice $\Rightarrow$ Fetch DB References} menu option to retrieve database IDs for the sequences.}
3397 \exstep{Examine the tooltips for each sequence in the alignment as the retrieval progresses - note the appearance of new database references.}
3398 \exstep{Once the process has finished, save the alignment as a Jalview Project.}
3399 \exstep{Now close all the windows and open the project again, and verify that the database references and sequence features are still present on the alignment}
3400
3401 \exstep{View the {\sl Sequence details \ldots} report for the FER1\_SPIOL sequence and for the whole alignment. Which sequences have web links associated with them ?}
3402
3403 }
3404
3405 \subsection{Retrieving Features {\sl via} DAS}
3406 \label{dasfretrieval}
3407 Jalview includes a client to retrieve features from DAS annotation servers. To
3408 retrieve features, select {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} from the alignment window menu. Select the {\sl DAS Settings} tab in the Sequence Feature Settings Window (Figure \ref{das}). A list of DAS sources compiled from the currently configured DAS registry\footnote{By default, this will be the major public DAS server registry maintained by the Sanger Institute: http://www.dasregistry.org} is shown in the left hand pane. Highlighting an entry on the left brings up information about that source in the right hand panel.
3409
3410 \begin{figure}[htbp]
3411 \begin{center}
3412 \includegraphics[width=2.5in]{images/das1.pdf}
3413 \includegraphics[width=2.5in]{images/das2.pdf}
3414 \caption{{\bf Retrieving DAS annotations.} DAS features are retrieved using the {\sl DAS Settings} tab (left) and their display customised using the {\sl Feature Settings} tab (right).}
3415 \label{das}
3416 \end{center}
3417 \end{figure}
3418
3419 Select appropriate DAS sources as required then click on {\sl Fetch DAS
3420 Features}. If you know of additional sources not listed in the configured
3421 registry, then you may add them with the {\sl Add Local Source} button. Use
3422 the {\sl Authority},{\sl Type}, and {\sl Label} filters to restrict the list
3423 of sources to just those that will return features for the sequences in the
3424 alignment.
3425
3426 Following DAS feature retrieval, the {\sl Feature Settings} panel takes on a
3427 slightly different appearance (Figure \ref{das} (right)). Each data source is
3428 listed and groups of features from one data source can be selected/deselected
3429 by checking the labelled box at the top of the panel.
3430
3431
3432 \subsubsection{The Fetch Uniprot IDs dialog box}
3433 \label{discoveruniprotids}
3434 If any sources are selected which refer to Uniprot coordinates as their reference system, then you may be asked if you wish to retrieve Uniprot IDs for your sequence. Pressing OK instructs Jalview to verify the sequences against Uniprot records retrieved using the sequence's ID string. This operates in much the same way as the {\sl Web Service $\Rightarrow$ Fetch Database References } function described in Section \ref{fetchdbrefs}. If a sequence is verified, then the start/end numbering will be adjusted to match the Uniprot record to ensure that features retrieved from the DAS source are rendered at the correct position. 
3435
3436 \subsubsection{Rate of feature retrieval}
3437 Feature retrieval can take some time if a large number of sources is selected and if the alignment contains a large number of sequences. This is because Jalview only queries a particular DAS source with one sequence at a time, to avoid overloading it.  As features are retrieved, they are immediately added to the current alignment view. The retrieved features are shown on the sequence and can be customised as described previously.
3438
3439
3440 \exercise{Retrieving features with DAS}{
3441 \label{dasfeatretrexcercise}
3442 \exstep{Load the alignment at
3443 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}.  Select {\sl View
3444 $\Rightarrow$ Feature Settings \ldots} from the alignment window menu. Select
3445 the {\sl DAS Settings} tab. A long list of available DAS sources is listed. Select a small number, eg Uniprot, DSSP, signalP and netnglyc. Click OK. A window may prompt whether you wish Jalview to map the sequence IDs onto Uniprot IDs. Click {\sl Yes}. Jalview will start retrieving features. As features become available they will be mapped onto the alignment. } \exstep{If Jalview is taking too long to retrieve features, the process can be cancelled with the {\sl Cancel Fetch} button. Rolling the mouse cursor over the sequences reveals a large number of features annotated in the tool tip. Close the Sequence Feature Settings window. }
3446 \exstep{Move the mouse over the sequence ID panel. Non-positional features such as literature references and protein localisation predictions are given in the tooltip, below any database cross references associated with the sequence.}
3447 \exstep{Search through the alignment to find a feature with a link symbol next to it. Right click to bring up the alignment view popup menu, and find a corresponding entry in the {\sl Link } sub menu. }
3448 % TODO this doesn't work ! \includegraphics[width=.3in]{images/link.pdf}
3449
3450 \exstep{
3451 Select {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} to reopen the Feature Settings window. All the loaded feature types should now be displayed. Those at the top of the list are drawn on top of those below, obscuring them in the alignment view where they overlap. Move the feature settings window so that the alignment is visible and uncheck some of the feature types by clicking the tick box in the display column. Observe how the alignment display changes. Note that unselected feature types do not appear in the tool tip.
3452 }
3453 \exstep{Reorder the features by dragging feature types up and down the order in the Feature Settings panel. e.g. Click on {\sl CHAIN} then move the mouse downwards to drag it below {\sl DOMAIN}. Note that {\sl DOMAIN} is now shown on top of {\sl CHAIN} in the alignment window. Drag {\sl METAL} to the top of the list. Observe how the cysteine residues are now highlighted as they have a {\sl METAL} feature associated with them.
3454 }
3455
3456 \exstep{Press the {\sl Optimise Order} button. The features will be ordered according to increasing length, placing features that annotate shorter regions of sequence higher on the display stack.}
3457
3458 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Export Features\ldots} from the Alignment window. You can choose to export the retrieved features as a GFF file, or Jalview's own Features format. 
3459 % TODO: describe working with features files and GFF
3460 }
3461 }
3462
3463 \subsection{Colouring features by score or description
3464 text}
3465 \label{featureschemes}
3466 Sometimes, you may need to visualize the differences in information carried by
3467 sequence features of the same type. This is most often the case when features
3468 of a particular type are the result of a specific type of database query or calculation. Here, they may also carry information within their textual description, or most commonly for calculations, a score related to the property being investigated. Jalview can shade sequence
3469 features using a graduated colourscheme in order to highlight these variations.
3470 In order to apply a graduated scheme to a feature type, select the `Graduated
3471 colour' entry in the Sequence {\sl Feature Type}'s popup menu, which is opened by
3472 right-clicking the {\sl Feature Type} or {\sl Color} in the {\sl Sequence Feature Settings} dialog box. Two types
3473 of colouring styles are currently supported: the default is quantitative
3474 colouring, which shades each feature based on its score, with the highest
3475 scores receiving the `Max' colour, and the lowest scoring features coloured
3476 with the `Min' colour. Alternately, you can select the `Colour by label'
3477 option to create feature colours according to the description text associated
3478 with each feature. This is useful for general feature types - such as
3479 Uniprot's `DOMAIN' feature - where the actual type of domain is given in the
3480 feature's description.
3481
3482 Graduated feature colourschemes can also be used to exclude low or
3483 high-scoring features from the alignment display. This is done by choosing your
3484 desired threshold type (either above or below), using the drop-down menu in the
3485 dialog box. Then, adjust the slider or enter a value in the text box to set the
3486 threshold for displaying this type of feature.
3487
3488 The feature settings dialog box allows you to toggle between a graduated and
3489 simple feature colourscheme using the pop-up menu for the feature type. When a
3490 graduated scheme is applied, it will be indicated in the colour column for
3491 that feature type - with coloured blocks or text to indicate the colouring
3492 style and a greater than ($>$) or less than ($<$) symbol to indicate when a
3493 threshold has been defined.
3494
3495 \subsection{Using features to re-order the alignment}
3496 \label{featureordering}
3497 The presence of sequence features on certain sequences or in a particular
3498 region of an alignment can quantitatively identify important trends in
3499 the aligned sequences. In this case, it is more useful to
3500 re-order the alignment based on the number of features or their associated scores, rather than simply re-colour the aligned sequences. The sequence feature settings
3501 dialog box provides two buttons: `Seq sort by Density' and `Seq sort by
3502 Score', that allow you to reorder the alignment according to the number of
3503 sequence features present on each sequence, and also according to any scores
3504 associated with a feature. Each of these buttons uses the currently displayed
3505 features to determine the ordering, but
3506 if you wish to re-order the alignment using a single type of feature, then you can do this from the {\sl Feature Type}'s
3507 popup menu. Simply right-click the type's style in the Sequence Feature Settings dialog
3508 box, and select one of the {\sl Sort by Score} and {\sl Sort by Density}
3509 options to re-order the alignment. Finally, if a specific region is selected,
3510 then only features found in that region of the alignment will be used to
3511 create the new alignment ordering.
3512
3513 % \exercise{Shading and sorting alignments using sequence features}{
3514 % \label{shadingorderingfeatsex}
3515
3516 % This exercise is currently not included in the tutorial because no DAS servers
3517 % currently exist that yield per-residue features for any Uniprot sequence. 
3518
3519 % \exstep{Re-load the alignment from \ref{dasfeatretrexcercise}.
3520 % }
3521 % \exstep{Open the
3522 % feature settings panel, and, after first clearing the current
3523 % selection, press the {\em Seq Sort by Density} button a few times.}
3524 % \exstep{Use the DAS fetcher to retrieve the Kyte and Doolittle Hydrophobicity
3525 % scores for the protein sequences in the alignment.
3526 % {\sl Hint: the nickname for the das source is `KD$\_$hydrophobicity'.}}
3527 % \exstep{Change the feature settings so only the hydrophobicity features are
3528 % displayed. Mouse over the annotation and also export and examine the GFF and
3529 % Jalview features file to better understand how the hydrophobicity measurements
3530 % are recorded.}
3531 % \exstep{Apply a {\sl Graduated Colour} to the hydrophobicity annotation to
3532 % reveal the variation in average hydrophobicity across the alignment.}
3533 % \exstep{Select a range of alignment columns, and use one of the sort by feature buttons to order the alignment according to that region's average
3534 % hydrophobicity.}
3535 % \exstep{Save the alignment as a project, for use in exercise
3536 % \ref{threshgradfeaturesex}.} }
3537
3538 % \exercise{Shading alignments with combinations of graduated feature
3539 % colourschemes}{
3540 % \label{threshgradfeaturesex}
3541 % \exstep{Reusing the annotated alignment from exercise
3542 % \ref{shadingorderingfeatsex}, experiment with the colourscheme threshold to
3543 % highlight the most, or least hydrophobic regions. Note how the {\sl Colour} icon for the {\sl Feature Type} changes when you change the threshold type and press OK.}
3544 % \exstep{Change the colourscheme so
3545 % that features at the threshold are always coloured grey, and the most
3546 % hydrophobic residues are coloured red, regardless of the threshold value
3547 % ({\em hint - there is a switch on the dialog to do this for you}).}
3548 % \exstep{Enable the Uniprot {\em chain} annotation in the feature settings
3549 % display and re-order the features so it is visible under the hydrophobicity
3550 % annotation.}
3551 % \exstep{Apply a {\sl Graduated Colour} to the {\em chain}
3552 % annotation so that it distinguishes the different canonical names associated
3553 % with the mature polypeptide chains.}
3554 % \exstep{Export the alignment's sequence features using the Jalview and GFF file formats, to see how the different types of graduated feature
3555 % colour styles are encoded. }
3556 % }
3557 \section{Working with DNA}
3558 \label{workingwithnuc}
3559 Jalview was originally developed for the analysis of protein sequences, but
3560 now includes some specific features for working with nucleic acid sequences
3561 and alignments. Jalview recognises nucleotide sequences and alignments based on
3562 the presence of nucleotide symbols [ACGT] in greater than 85\% of the
3563 sequences. Built in codon-translation tables can be used to translate ORFs
3564 into peptides for further analysis. EMBL nucleotide records retrieved {\sl via} the
3565 sequence fetcher (see Section \ref{fetchseq}) are also parsed in order to
3566 identify codon regions and extract peptide products. Furthermore, Jalview
3567 records mappings between protein sequences that are derived from regions of a
3568 nucleotide sequence. Mappings are used to transfer annotation between
3569 nucleic acid and protein sequences, and to dynamically highlight regions in
3570 one sequence that correspond to the position of the mouse pointer in another.
3571 %TODO Working with Nucleic acid sequences and structures.
3572 \subsection{Alignment and Colouring}
3573
3574 Jalview provides a simple colourscheme for DNA bases, but does not apply any
3575 specific conservation or substitution score model for the shading of
3576 nucleotide alignments. However, pairwise alignments performed using the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Pairwise Alignment
3577 \ldots} option will utilise an identity score matrix to calculate alignment
3578 score when aligning two nucleotide sequences.
3579
3580 \subsubsection{Aligning Nucleic Acid Sequences}
3581
3582 Jalview has limited knowledge of the capabilities of the programs that
3583 are made available to it {\sl via} web services, so it is up to you, the user,
3584 to decide which service to use when working with nucleic acid sequences. The
3585 table below shows which alignment programs are most appropriate
3586 for nucleotide alignment. Generally, all will work, but some may be more suited
3587 to your purposes than others. We also note that none of these include
3588 support for taking RNA secondary structure prediction into account when aligning
3589 sequences (but will be providing services for this in the future!). 
3590 \begin{table}{}
3591 \centering
3592 \begin{tabular}{|l|c|l|}
3593 \hline
3594 Program& NA support& Notes\\
3595 \hline
3596 ClustalW& Yes&\begin{minipage}[f]{3in}
3597 Default is to autodetect nucleotide
3598 sequences. Editable parameters include nucleotide substitution matrices and
3599 distance metrics.
3600 \end{minipage}
3601
3602 \\
3603 \hline
3604
3605 Muscle& Yes (treat U as T)&\begin{minipage}[f]{3in}
3606 Default is to autodetect nucleotide
3607 sequences. Editable parameters include nucleotide substitution matrices and
3608 distance metrics.
3609 \end{minipage}
3610
3611 \\
3612 \hline
3613
3614 MAFFT& Yes&\begin{minipage}[f]{3in}
3615 Will autodetect nucleotide sequences and use a hardwired substitution model
3616 (all amino-acid sequence related parameters are ignored). Unknown whether
3617 substitution model treats Uracil specially.
3618 \end{minipage}
3619
3620 \\
3621 \hline
3622
3623 ProbCons& No&\begin{minipage}[f]{3in}
3624 ProbCons has no special support for aligning nucleotide sequences. Whilst an
3625 alignment will be returned, it is unlikely to be reliable.
3626 \end{minipage}
3627
3628 \\
3629 \hline
3630
3631 T-COFFEE& Yes&\begin{minipage}[f]{3in}
3632 Sequence type is automatically detected and an appropriate
3633 parameter set used as required. A range of nucleotide specific
3634 score models are available.\end{minipage}
3635
3636 \\\hline
3637 \end{tabular}
3638 \caption{{\bf JABAWS Alignment programs suitable for aligning nucleic acid
3639 sequences.} All JABAWS alignment services will return an alignment if provided
3640 with RNA or DNA sequences, with varying reliability.}
3641 \label{nucleomsatools}
3642 \end{table}
3643
3644 \subsection{Translate cDNA}
3645
3646 The {\sl Calculate $\Rightarrow$ Translate cDNA} function in the alignment
3647 window is only available when working with a nucleic acid alignment. It uses the standard codon translation table given in the online help documentation to translate a nucleotide alignment, or the currently selected region, into a set of aligned peptide sequences. Any features or annotation present on the nucleotide alignment will also be translated, allowing DNA alignment analysis results to be transferred on to peptide products for further investigation.
3648
3649 \subsection{Linked DNA and Protein Views}
3650
3651 \parbox{3.5in}{
3652 Views of alignments involving DNA sequences are linked to views of alignments containing their peptide products in a similar way to views of protein sequences and views of their associated structures. Peptides translated from cDNA that have been fetched from EMBL records for DNA contigs are linked to their `parent' coding regions. Mousing over a region of the peptide highlights codons in views showing the original coding region.
3653 }\parbox{3in}{
3654 \begin{center}
3655 %\begin{figure}[htbp]
3656
3657 \includegraphics[width=2.8in]{images/cdnatranslinkedwin.pdf}
3658
3659 %\caption{{\bf Linked DNA and Protein Views.} }
3660 %\end{figure}
3661 \end{center}
3662 }
3663
3664
3665 \subsection{Coding regions from EMBL records}
3666
3667 Many EMBL records that can be retrieved with the sequence fetcher contain exons.
3668 Coding regions will be marked as features on the EMBL nucleotide sequence, and
3669 Uniprot database cross references will be listed in the tooltip displayed when
3670 the mouse hovers over the sequence ID. Uniprot database cross references
3671 extracted from EMBL records are sequence cross references, and associate a
3672 Uniprot sequence's coordinate system with the coding regions annotated on the
3673 EMBL sequence. Jalview utilises cross-reference information in two ways.
3674 \subsubsection{Retrieval of Protein or DNA Cross References}
3675 The {\sl Calculate $\Rightarrow$ Get Cross References } function is only available when Jalview recognises that there are protein/DNA cross-references present on sequences in the alignment. When selected, it retrieves the cross references from the alignment's dataset (a set of sequence and annotation metadata shared between alignments) or using the sequence database fetcher. This function can be used for EMBL sequences containing coding regions to open the Uniprot protein products in a new alignment window. The new alignment window that is opened to show the protein products will also allow dynamic highlighting of codon positions in the EMBL record for each residue in the protein product(s).
3676
3677 \subsubsection{Retrieval of protein DAS features on coding regions}
3678
3679 The Uniprot cross-references derived from EMBL records can be used by Jalview to visualize protein sequence features directly on nucleotide alignments. This is because the database cross references include the sequence coordinate mapping information to correspond regions on the protein sequence with that of the nucleotide contig. Jalview will use the Uniprot accession numbers associated with the sequence to retrieve features, and then map them onto the nucleotide sequence's coordinate system using the coding region location.
3680
3681 \begin{figure}[htbp]
3682 \begin{center}
3683 \label{dnadasfeatures}
3684 \includegraphics[width=5in]{images/dnadasfeatures.pdf}
3685
3686 \caption{Uniprot and PDB sum features retrieved {\sl via} DAS and mapped onto
3687 coding regions of EMBL record V00488 (an earlier version of Jalview is shown
3688 here).}
3689
3690 \end{center}
3691 \end{figure}
3692
3693 \exercise{Visualizing protein features on coding regions}
3694 {
3695 \exstep{Use the sequence fetcher to retrieve EMBL record D49489.}
3696 \exstep{Ensure that {\sl View $\Rightarrow$ Show Sequence Features} is checked and change the alignment view format to Wrapped mode so the distinct exons can be seen.}
3697 \exstep{Open the {\sl DAS Settings} tab in the {\sl Sequence Feature Settings\ldots} window and fetch features for D49489 from the Uniprot reference server, and any additional servers that work with the Uniprot coordinate system.}
3698 \exstep{Mouse over the features retrieved, note that they have been mapped onto the coding regions, and in some cases broken into several parts to cover the distinct exons.}
3699 \exstep{Open a new alignment view containing the Uniprot protein product with {\sl Calculate $\Rightarrow$ Get Cross References $\Rightarrow$ Uniprot } and examine the database references and sequence features. Experiment with the interactive highlighting of codon position for each residue.
3700 }
3701 }
3702 % \section{Working with RNA}
3703 % \label{workingwithrna}
3704
3705 % \subsection{RNA specific alignment colourschemes}
3706 % \label{rnacolschemes}
3707
3708 % \subsection{Exploring RNA secondary structure with VARNA}
3709 % \label{varna}
3710
3711 % \subsection{RNA Secondary structure annotation}
3712 % \subsubsection{Interactive creation of RNA secondary structure annotation}
3713 % \label{rnasecstrediting}
3714
3715 % \subsubsection{Import and export of RNA secondary structure annotation}
3716 % \label{rnasecstrio}
3717
3718
3719 % \chapter{Advanced Jalview}
3720
3721 % \section{Customising Jalview}
3722 % \subsection{Setting preferences}
3723
3724 % The Jalview Desktop stores configuration and history information in a file stored in the users home directory, called `.jalview\_properties'. Many of the options stored in this file are presented in the {\sl Desktop $\Rightarrow$ Tools $\Rightarrow$ Preferences\ldots} dialog. These preferences include default settings for : {\bf Visual} layout settings for alignment views and controlling the display of the default alignment, {\bf Connection} preferences such as the standard set of URL paths that are available from the links menu and the URL which is opened when a Sequence's ID is double clicked, {\bf Editing} settings like {\sl Pad Gaps} and autocalculation of consensus, {\bf Output} settings control the degree of meta-information written in alignment files and mode of EPS Figuregeneration, and finally the {\bf Das Settings} which allows the default DAS sources to be configured. 
3725
3726 % \subsection{Adding your own URL links}
3727
3728 % \subsection{Working with Databases and Database Cross References}
3729 % \label{getcrossrefs}
3730
3731 % {\sl Calculations $\Rightarrow$ Get Cross References }
3732
3733 % \section{Jalview IO Interface}
3734 % \subsection{Multiple views}
3735 % \subsection{Annotation files}
3736 % \subsection{Feature files}
3737 % \subsection{Moving sequence associated annotation}
3738 % \subsection{Propagating features}
3739 % \section{Structures}
3740 % \subsection{Working with Modeller files}
3741 % \subsection{Using local PDB files}
3742 % \section{Pairwise alignments}
3743 \subsection{Working with RNA}
3744 Jalview allows the creation of RNA secondary structure annotation, and includes
3745 the VARNA secondary structure viewer for the display of RNA base pair diagrams.
3746 It also allows the extraction of RNA secondary structure from 3D data when
3747 available.
3748
3749 \subsection{Performing RNA secondary structure predictions}
3750 Secondary structure consensus calculations can be performed by enabling the
3751 VIENNA service {\sl via} the {\sl Web Services $\Rightarrow$ Secondary
3752 Structure} menu. These consensus structures are created by analysing the
3753 covariation patterns in all visible sequences on the alignment. For more
3754 information see the VIENNA documentation.
3755
3756 \begin{figure}[htbp]
3757 \begin{center}
3758 \label{rnaviennaservice}
3759 \includegraphics[width=5in]{images/rnaViennaServiceWindow.pdf}
3760
3761 \caption{Secondary structure consensus calculations can be performed by enabling the
3762 VIENNA service {\sl via} the {\sl Web Services $\Rightarrow$ Secondary
3763 Structure} menu.}
3764
3765 \end{center}
3766 \end{figure}
3767
3768 \begin{figure}[htbp]
3769 \begin{center}
3770 \label{rnaviennaaltpairs}
3771 \includegraphics[width=5in]{images/rnaViennaAlternateProbs.pdf}
3772
3773 \caption{VIENNA can calculate alternate RNA base pairing probabilities. These
3774 are shown in Jalview as tool-tips on the RNA secondary structure probability
3775 score.}
3776
3777 \end{center}
3778 \end{figure}
3779
3780
3781 \exercise{Viewing RNA structures}{
3782 \label{viewingrnaex}
3783
3784 \exstep{Import RF00162 from Rfam (Full).}
3785 \exstep{Select {\sl Colour by RNA Helices} to shade the alignment by
3786 the secondary structure annotation provided by Rfam.}
3787 \exstep{Open VARNA with {\sl Structure $\Rightarrow$ View Structure
3788 $\Rightarrow$ RNA Secondary Structure}.
3789
3790   Explore the difference between trimmed and untrimmed views for the
3791   structure.
3792 }
3793 \exstep{Add and link a Jmol structure view
3794 for Bacillus\_amyloliquef.9 for 3NPB (from the PDB). Display the secondary
3795 structure along-side the consensus structure for the alignment by adding
3796 reference annotation from the 3D structure.
3797
3798 {\sl Hint: You need to make sure the RNAview service is enabled in your {\sl
3799 Structure} preferences to obtain RNA secondary structure annotation from PDB
3800 files.}}
3801
3802 \exstep{Perform a secondary structure prediction. Enable the VIENNA consensus
3803 calculation via the {\sl Web Services} menu. Compare this with the annotation
3804 line provided by Rfam.}
3805
3806 \exstep{Edit the VIENNA calculation settings to show
3807 Base Pair probabilities.
3808
3809 Explore how editing the alignment affects the consensus
3810 calculation.} }
3811
3812
3813 \end{document}