Updated info on PCA calculation (SeqSpace vs BLOSUM62)
[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, Saif Shehata, Nancy Giang,Suzanne Duce 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 2.10.1}
78 \vspace{0.5in}
79 {\huge 
80
81 Manual and  Introductory Tutorial }
82
83 \vspace{2.4in}
84
85 {\large
86
87 David Martin, James Procter, Andrew Waterhouse, Saif Shehata, Nancy Giang,
88
89
90 Suzanne Duce and Geoff Barton
91  
92
93 }
94
95 \vspace{1.2in}
96
97 School of Life Sciences, University of Dundee
98
99 Dundee, Scotland DD1 5EH, UK
100
101
102 \vspace{2in}
103
104 Manual Version 1.8
105 % post CLS lifesci course on 15th January
106 % draft. Remaining items are AACon, RNA visualization/editing and Protein disorder analysis exercises.
107
108 15th February 2017
109
110
111 \end{center}
112
113 %\newpage
114
115 \clearemptydoublepage
116
117 % ($Revision$) 11th October 2010.}
118 % TODO revise for 2.6
119
120 \pagenumbering{roman}
121 \setcounter{page}{1}
122 \tableofcontents 
123 %\clearemptydoublepage
124 % \listoffigures 
125 % \newpage
126 % \listoftables 
127 \newpage
128 \pagenumbering{arabic}
129 \setcounter{page}{1}
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
151 alignments for web sites such as Pfam.\footnote{\url{http://pfam.xfam.org}}
152
153
154 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 
158 RNA secondary structure. It also
159 provides a graphical user interface for the multiple sequence alignment, conservation analysis 
160 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 
162 running bioinformatics programs that you can download and run on your own machine or cluster, or install on compute clouds.
163
164 \subsection{Jalview's Capabilities}
165 % TODO add references to appropriate sections for each capability described here.
166 Figure \ref{jvcapabilities} gives an overview of the main features of the
167 Jalview desktop application. Its primary function is the editing and
168 visualization of sequence alignments, and their interactive analysis. Tree
169 building, principal components analysis, physico-chemical property conservation
170 and sequence consensus analyses are built into the program. Web services enable
171 Jalview to access online alignment and secondary structure prediction programs,
172 as well as to retrieve protein and nucleic acid sequences, alignments, protein structures and sequence annotation. 
173 Sequences, alignments, trees, structures, features and alignment annotation may also be exchanged with the local filesystem. 
174 Multiple visualizations of an alignment may be worked on simultaneously, and the user interface provides a comprehensive set of controls for colouring and layout. 
175 Alignment views are dynamically linked with Jmol and UCSF Chimera\footnote{UCSF Chimera needs to be installed separately. It is available free for academic use from \url{https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/download.html}.} structure displays,
176 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 
177 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
178  figure generation capabilities for the preparation of alignments for publication.
179 \begin{figure}[htbp]
180 \begin{center}
181 \includegraphics[width=5.8in]{images/jvcapabilities.pdf}
182 \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.}
183 \label{jvcapabilities}
184 \end{center}
185 \end{figure}
186
187 \subsubsection{Jalview History}
188 Jalview was initially developed in 1996 by Michele Clamp, James Cuff, Steve
189 Searle and Geoff Barton at the University of Oxford and then the European
190 Bioinformatics Institute. Development of Jalview 2 was made possible with
191 eScience funding from the BBSRC\footnote{Biotechnology and Biological Sciences
192 Research Council grant  {\sl ``VAMSAS: Visualization and Analysis of Molecules,
193 Sequence Alignments and Structures"}, a joint project to enable interoperability
194 between Jalview, TOPALi and AstexViewer.} in 2004, enabling Andrew Waterhouse and
195 Jim Procter to re-engineer the original program to introduce contemporary developments
196 in bioinformatics and take advantage of the latest web and Java technology.
197 Jalview's development has been supported from 2009
198 onwards by BBSRC funding, and since 2014 by a
199 Wellcome Trust Biomedical Resource grant\footnote{Wellcome grant number 101651/Z/13/Z}. In 2010, 2011, and 2012, Jalview benefitted from the
200 \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/}}
201
202  
203 %TODO describe future plans in history ? not a good idea.
204 % Jalview continues to be one of the worlds most popular\footnote{and in the authors opinion, the best.} sequence alignment and analysis tools.
205
206 \subsubsection{Citing Jalview}
207 If you use Jalview in your work you should cite:\newline
208 {\sl "Jalview Version 2 - a multiple sequence alignment editor and analysis
209 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
210
211 This paper supersedes the original Jalview publication:\newline {\sl "The
212 Jalview Java alignment editor"} \newline Michele Clamp, James Cuff, Stephen M. Searle and Geoffrey J. Barton (2004) \newline {\sl Bioinformatics} {\bf 20} 426-427. 
213
214   
215 \subsection{About this Tutorial }
216
217 This tutorial is written in a manual format with short exercises where
218 appropriate, typically at the end of each section. The first few sections concerns the
219 basic operation of Jalview and should be sufficient for those who want to
220 launch Jalview (Section \ref{startingjv}), open an alignment (Section
221 \ref{loadingseqs}), perform basic editing (Section
222 \ref{selectingandediting}), colouring (Section \ref{colours}), and produce
223 publication and presentation quality graphical output (Section \ref{layoutandoutput}).
224
225 The remaining sections of the manual cover the visualization and
226 analysis techniques available in Jalview. These include working
227 with the embedded Jmol molecular structure viewer (or UCSF Chimera), building
228 and viewing trees and Principal Components Analysis (PCA) plots, and using
229 trees for sequence conservation analysis. An overview of
230 the Jalview Desktop's webservices is given in Section \ref{jvwebservices}, and
231 the alignment and secondary structure prediction services are described
232 in detail in Sections \ref{msaservices} and \ref{protsspredservices}
233 respectively.
234 Section \ref{featannot} details the creation and visualization of sequence and alignment annotation. Section \ref{workingwithnuc} discusses
235 specific features of use when working with nucleic acid sequences, such as translation and linking to protein
236 coding regions, and the display and analysis of RNA secondary structure.
237
238 %^Chapter \ref{jalviewadvanced} The third chapter covers the detail^ of Jalview and is aimed at the user who is
239 %already familiar with Jalview operation but wants to get more out of their
240 %Jalview experience.
241
242 \subsubsection{Typographic Conventions}
243
244 Keystrokes using the special non-symbol keys are represented in the tutorial by
245 enclosing the pressed keys with square brackets ({\em e.g.} [RETURN] or [CTRL]).
246
247 Keystroke combinations are denoted with a `-' symbol ({\em
248 e.g.} [CTRL]-C means press [CTRL] and the `C' key simultaneously).
249
250 Menu options are given as a path from the menu
251 that contains them - for example {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment
252 $\Rightarrow$ From URL} means to select the `From URL' option from the `Input
253 Alignment' submenu of a window's `File' dropdown menu.
254
255 \section{Launching the Jalview Desktop Application}
256 \label{startingjv}
257 \begin{figure}[htbp]
258 \begin{center}
259 \includegraphics[width=4.5in]{images/download.pdf}
260 \caption{\bf Download page on the Jalview web site at www.jalview.org.}
261 \label{download}
262 \end{center}
263 \end{figure}
264
265 This tutorial is based on the Jalview
266 Desktop application. Much of the information will also be useful for users of
267 the JalviewLite applet, which has the same core editing, analysis and visualization capabilities (see the
268 \href{http://www.jalview.org/examples/applets.html}{JalviewLite Applet Examples}
269 page for examples). The Jalview Desktop, however, is much more powerful, and
270 includes additional support for interaction with external web services, and
271 production of publication quality graphics.
272
273 The Jalview Desktop can be run in two ways; as an application launched from the
274 web {\sl via} Java webstart, or as an application loaded onto your hard drive. 
275 The webstart version is launched from the pink `Launch Jalview Desktop
276 button' at the top right hand side of pages of the website 
277 \href{http://www.jalview.org}{(www.jalview.org)}.
278 To download the locally installable version, follow the links on the download
279 page
280 \href{http://www.jalview.org/download}{(www.jalview.org/download) }
281  (Figure \ref{download}).
282 These links will launch the latest stable release of Jalview.\par
283
284 %% this paragraph needs to be rewritten for the new signed certificate from Certum.
285
286 When the application is launched with webstart, two dialogs may appear before
287 the application starts. If your browser is not set up to handle webstart, then
288 clicking the launch link may download a file that needs to be opened
289 manually, or prompt you to select the program to handle the webstart
290 file. If that is the case, then you will need to locate the {\bf javaws} program
291 on your system\footnote{The file that is downloaded will have a type of {\bf
292 application/x-java-jnlp-file} or {\bf .jnlp}. The {\bf javaws} program that can run
293 this file is usually found in the {\bf bin} directory of your Java
294 installation}. Once java webstart has been launched, you may also be prompted to
295 accept a security certificate signed by the Barton Group.\footnote{On some
296 systems, the certificate may be signed by 'UNKNOWN'. In this case, clicking
297 through the dialogs to look at the detailed information about the certificate
298 should reveal it to be a Barton group certificate.} You can always trust us, so
299 click trust or accept as appropriate. The splash screen (Figure \ref{splash})
300 gives information about the version and build date that you are running,
301 information about later versions (if available), and the paper to cite in your
302 publications. This information is also available on the Jalview web site at 
303 \url{http://www.jalview.org}.
304
305 %[fig 2] 
306 \begin{figure}[htbp]
307
308 \begin{center}
309 \includegraphics[width=4.5in]{images/splash.pdf}
310 \caption{{\bf Jalview splash screen.}}
311 \label{splash}
312 \end{center}
313 \end{figure}
314
315 When Jalview starts it will automatically load an example alignment from the
316 Jalview site. This behaviour can be switched off in the Jalview Desktop
317 preferences dialog  by unchecking the open file option.
318 This alignment will look like the one in Figure \ref{startpage} (taken
319 from Jalview version 2.10.1).
320
321 %[figure 3 ]
322 \begin{figure}[htbp]
323 \begin{center}
324 \includegraphics[width=4in]{images/start.pdf}
325 \caption{{\bf Default startup for Jalview.}}
326 \label{startpage}
327 \end{center}
328 \end{figure}
329
330
331 \subsubsection{Jalview News RSS Feed}
332
333 Announcements are made available to users of the
334 Jalview Desktop {\sl via} the Jalview Newsreader. This window will open
335 automatically when new news is available, and can also be accessed {\sl via} the
336 Desktop's {\sl Tools $\Rightarrow$ Show Jalview News} menu entry. 
337
338 \begin{figure}[htbp]
339 \begin{center}
340 \includegraphics[height=3in]{images/jvrssnews.pdf}
341 \caption{{\bf The Jalview News Reader.} The newsreader opens automatically
342 when new articles are available from the Jalview Desktop's news channel.}
343 \label{jalviewrssnews}
344 \end{center}
345 \end{figure}
346
347
348 \exercise{Launching Jalview from the Jalview Website}{
349 \label{start}
350 \exstep{Open the Jalview web site
351 \href{http://www.jalview.org}{(www.jalview.org)}
352 in your web browser. Launch Jalview by clicking on the
353 pink `Launch Jalview' Desktop button in the top right hand corner. This
354 will download and open a jalview.jnlp webstart file.}
355 \exstep {Dialog boxes
356 will open and ask if you want to open the jalview.jnlp file as the file is an application downloaded from the
357 Internet, click {\sl Open}. (Note you may be asked to update Java, if you agree
358 then it will automatically update the Java software). As Jalview opens, four demo
359 Jalview windows automatically load.}
360 \exstep {If
361 you are having trouble, it may help changing the browser you are using, as the browsers and
362 its version may affect this process.}
363 \exstep{To deactivate the opening of the 4 demo sequences during the launch, go
364 to the {\sl Tools $\Rightarrow$
365 Preferences...} menu on the desktop. A `Preference'
366 dialog box opens, untick the box adjacent to the `Open file' entry in the
367 `Visual' preferences tab.
368 Click {\sl OK} to save the preferences.}
369 \exstep{Launch another Jalview workbench from the web site by clicking on the
370 pink Launch button.
371 The example alignment should not be loaded as Jalview starts up.}
372 \exstep{To reload the original demo file select the
373 {\em File$\Rightarrow$ From URL} entry in the Desktop menu. Click on
374 the URL history button (a downward arrow on the right hand side of the dialog
375 box) to view the files, select exampleFile\_2\_7.jar, then click {\sl OK}.}
376 {\bf Note:} Should you want to load your own
377 sequence during the launch process, then go
378 to the {\sl Tools $\Rightarrow$
379 Preferences...} menu on the desktop. The tick the `Open file' entry of `Visual'
380 preferences tab, type in the URL of the sequence you want to load.
381
382
383 As the jalview.jnlp file launches Jalview on your desktop, you
384 may want to move this from the downloads folder to another folder.
385 Opening from the jnlp file will allow Jalview to be launched offline.
386
387 {\bf See the video at:
388 \url{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}.}
389  }
390
391 \subsection{Getting Help}
392 \label{gettinghelp}
393 \subsubsection{Built in Documentation}
394 Jalview has comprehensive on-line help documentation. Select  {\sl Help
395 $\Rightarrow$ Documentation} from the main window menu and a new window will
396 open (Figure \ref{help}). The appropriate topic can then be selected from the
397 navigation panel on the left hand side. To search for a specific topic, click
398 the `search' tab and enter keywords in the box which appears.
399
400
401 \begin{figure}[htbp]
402 \begin{center}
403 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=2.75in]{images/help1.pdf}}}
404 \parbox[c]{4in}{\includegraphics[width=4in]{images/help2.pdf}}
405 \caption{{\bf Accessing the built in Jalview documentation.}}
406 \label{help}
407 \end{center}
408 \end{figure}
409
410 \subsubsection{Email Lists}
411
412 The Jalview Discussion list {\tt jalview-discuss@jalview.org} provides a forum
413 for Jalview users and developers to raise problems and exchange ideas - any
414 problems, bugs, and requests for help should be raised here. The {\tt
415 jalview-announce@jalview.org} list can also be subscribed to if you wish to be
416 kept informed of new releases and developments. 
417
418 Archives and mailing list
419 subscription details can be found in the Jalview web site's \href{http://www.jalview.org/community}{community section}.
420
421
422 \section{Navigation}
423 \label{jvnavigation}
424 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.  
425
426  Jalview has two navigation and editing modes: {\bf normal mode}, where
427  editing and navigation is performed using the mouse, and {\bf cursor mode}
428  where editing and navigation are performed using the keyboard. The {\bf F2 key}
429  is used to switch between these two modes. 
430  
431  {\em Note:} On MacBooks and other laptops with compact keyboards, you may need
432  to press the {\bf function key [Fn]} when pressing any of the numbered function
433  keys. So to toggle between keyboard and normal mode, press [Fn]-[F2].
434  
435
436 \begin{figure}[htb]
437 \begin{center}
438 \includegraphics[width=6.5in]{images/jalview_anatomy.pdf}
439 \caption{{\bf The anatomy of Jalview.} The major features of the Jalview Desktop Application are labeled.}
440 % TODO: modify text labels to be clearer - black on grey and black border for clarity
441 \label{anatomy}
442 \end{center}
443 \end{figure}
444
445 \subsection{Navigation in Normal Mode}
446
447 Jalview always starts up in Normal mode, where the mouse is used to interact
448 with the displayed alignment view. You can move about the alignment by clicking
449 and dragging the ruler scroll bar to move horizontally, or by clicking and
450 dragging the alignment scroll bar to the right of the alignment to move
451 vertically.  If all the rows or columns in the alignment are displayed, the
452 scroll bars will not be visible.
453
454  Each alignment view shown in the alignment window presents a window onto the
455  visible regions of the alignment. This means that with anything more than a few
456  residues or sequences, alignments can become difficult to visualize on the
457  screen because only a small area can be shown at a time. It can help,
458  especially when examining a large alignment, to have an overview of the whole
459  alignment. Select {\sl View $\Rightarrow$ Overview Window} from the Alignment
460  window menu bar (Figure \ref{overview}\footnote{the menu shown in this figure
461  is from Jalview 2.2, later versions have more options.}).
462 % (Figure4)
463 \begin{figure}[htbp]
464 \begin{center}
465 \includegraphics[width=4.5in]{images/overview.pdf}
466 \caption{{\bf Alignment Overview Window.} The overview window for a view is opened from the {\em View} menu.}
467 \label{overview}
468 \end{center}
469 \end{figure}
470
471 The red box in the overview window shows the current view in the alignment
472 window. A percent identity histogram is plotted below the alignment overview.
473 Shaded parts indicate rows and columns of the alignment that are hidden (in this
474 case, a single row at the bottom of the alignment - see Section
475 \ref{hidingregions}). You can navigate around the alignment by dragging the red
476 box. 
477
478 %Try this now and see how the view in the alignment window changes.
479
480 \parbox[c]{3in}{Alignment and analysis windows are closed by clicking on the
481 usual `close' icon (indicated by arrows on Mac OS X). If you want to close all
482 the alignments and analysis windows at once, then use the {\sl Window
483 $\Rightarrow$ Close All} option from the Jalview desktop.
484
485 {\bf \em{Warning: Make sure you have saved your work because this cannot be
486 undone!}} }
487 \parbox[c]{3in}{\centerline{\includegraphics[width=2.5in]{images/start_closeall.pdf}
488 }}
489
490 \subsection{Navigation in Cursor Mode}
491 \label{cursormode}
492 \parbox[c]{5in}{Cursor mode navigation enables the user to quickly
493 and precisely navigate, select and edit parts of an alignment. On pressing F2 to
494 enter cursor mode the position of the cursor is indicated by a black background
495 and white text. The cursor can be placed using the mouse or moved by pressing
496 the arrow keys ($\uparrow$, $\downarrow$, $\leftarrow$, $\rightarrow$).
497 }\parbox[c]{1.25in}{\centerline{\includegraphics[width=0.8in]{images/cursor1.pdf}}}
498
499 Rapid movement to specific positions is accomplished as listed below:
500 \begin{list}{$\circ$}{}
501 \item {\bf Jump to Sequence {\sl n}:} Type a number {\sl n} then press [S] to
502 move to sequence (row) {\sl n}.
503 \item {\bf Jump to Column {\sl n}:} Type a number {\sl n} then press [C] to move to column {\sl n} in the alignment.  
504 \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.  
505 \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]. 
506 \end{list}
507 \subsection{The Find Dialog Box}
508 \label{searchfunction}
509 A further option for navigation is to use the {\sl Select $\Rightarrow$
510 Find\ldots} function. This opens a dialog box into which can be entered regular
511 expressions for searching sequences and sequence IDs, or sequence numbers.
512 Hitting the [Find next] button will highlight the first (or next) occurrence of
513 that pattern in the sequence ID panel or the alignment, and will adjust the view
514 in order to display the highlighted region. The Jalview Help provides
515 comprehensive documentation for this function, and a quick guide to the regular
516 expressions that can be used with it.
517 %TODO insert a figure for the Find dialog box
518
519 \exercise{Navigation}{
520 Jalview has two navigation and editing modes: {\bf normal} mode (where editing
521 and navigation are via the mouse) and the {\bf cursor} mode (where editing and
522 navigation are via the keyboard).
523 The {\bf F2 key} is used to switch between these two modes. With a Mac, the key
524 combination {\bf Fn key and F2} is needed, as button is
525 often assigned to screen brightness. Jalview always starts up in normal mode.
526
527 \exstep{Load an example alignment from its URL
528 (\url{http://www.jalview.org/examples/exampleFile_2_7.jar}) via the Desktop
529 using {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} dialog
530 box.
531 (The URL should be stored in its history and clicking on the {\sl down arrow}
532 on the dialog box is an easy way to access it.)}
533 \exstep{Scroll around the alignment using the alignment (vertical) and ruler (horizontal) scroll bars.}
534 \exstep{Find the Overview Window, {\sl Views
535 $\Rightarrow$ Overview Window} and open it. Move around the
536 alignment by clicking and dragging the red box in the overview window.}
537 \exstep{Return to the alignment window, look at the status bar (lower left
538 hand corner of the alignment window) as you move the mouse over the alignment. It indicates information about the
539 sequence and residue under the cursor.}
540 \exstep{Press [F2] key, or [Fn]-[F2] on Mac, to enter Cursor mode. Use
541 the direction keys to move the cursor around the alignment.}
542 \exstep{Move to sequence 7 by pressing {\bf 7 S}. Move to column 18 by pressing
543 {\bf 1 8 C}. Move to residue 18 by pressing {\bf 1 8 P}. Note that these can be
544 two different positions if gaps are inserted into the sequence. Move to sequence 5,
545 column 13 by typing {\bf 1 3 , 5} [RETURN].}
546
547 {\bf Note:} To view Jalview's comprehensive on-line help documentations select
548 {\sl Help} in desktop menu, clicking on {\sl Documentation} will open a
549 Documentation window. Select topic from the navigation panel on the left hand side or use the
550 Search tab to select specific key words.
551
552 {\sl\bf See the video at: 
553 \url{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}.}
554 }
555
556 \section{Loading Sequences and Alignments}
557 \label{loadingseqs}
558 %Jalview provides many ways to load your own sequences. %For this section of the
559 % tutorial you will need to download the file http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa to a suitable location on your hard drive.
560 \subsection{Drag and Drop}
561         In most operating systems you can just drag a file icon from a file browser
562         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.
563         Drag and drop also works when loading data from a URL -
564 simply drag the link or url from the address panel of your browser on to an
565 alignment or the Jalview desktop background and Jalview will load data from the
566 URL directly.
567 %  (Figure \ref{drag})
568 % %[fig 5]
569 % \begin{figure}[htbp]
570 % \begin{center}
571 % \includegraphics[width=2in]{images/drag2.pdf}
572 % \includegraphics[width=2in]{images/drag3.pdf}
573 % \caption{{\bf An alignment can be opened by dragging the file onto the Jalview window. }}
574 % \label{drag}
575 % \end{center}
576 % \end{figure}
577
578 % %\includegraphics[width=2in]{images/drag1.pdf}
579
580
581 \subsection{From a File}
582 Jalview can read sequence alignments from a sequence alignment file. This is a
583 text file, {\bf not} a word processor document. For entering sequences from a
584 wordprocessor document see Cut and Paste  (Section \ref{cutpaste}) below. Select
585 {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From File} from the main
586 menu (Figure \ref{loadfile}). You will then get a file selection window where
587 you can choose the file to open. Remember to select the appropriate file type.
588 Jalview can automatically identify some sequence file formats.
589
590 %[fig 6]
591 \begin{figure}[htbp]
592 \begin{center}
593 \includegraphics[width=2in]{images/loadfilebox.pdf}
594 %\includegraphics[width=2in]{images/loadfilebox2.pdf}
595 \includegraphics[width=3in]{images/loadfileboxdrop.pdf}
596 \caption{{\bf Opening an alignment from a file saved on disk. }}
597 \label{loadfile}
598 \end{center}
599 \end{figure}
600
601 \subsection{From a URL}
602 Jalview can read sequence alignments directly from a URL. Please note that the
603 files must be in a sequence alignment format - an HTML alignment or graphics
604 file cannot be read by Jalview.
605 Select {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} from the
606 main menu and a window will appear asking you to enter the URL (Figure
607 \ref{loadurl}). Jalview will attempt to automatically discover the file format.
608
609 %[fig 7]
610 \begin{figure}[htbp]
611 \begin{center}
612 \includegraphics[width=2in]{images/menuloadurl.pdf}
613 \includegraphics[width=3in]{images/loadurlbox.pdf}
614 \caption{{\bf Opening an alignment from a URL. }}
615 \label{loadurl}
616 \end{center}
617 \end{figure}
618
619 \subsection{Cut and Paste}
620 \label{cutpaste}
621 Documents such as those produced by Microsoft Word cannot be readily understood
622 by Jalview. The way to read sequences from these documents is to select the
623 data from the document and copy it to the clipboard. There are two ways to
624 do this. One is to right-click on the desktop background, and select the
625 `Paste to new window' option in the menu that appears. The other is to select
626 {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From Textbox} from the
627 main menu, paste the sequences into the text window that will appear, and select
628 {\sl New Window} (Figure \ref{loadtext}). In both cases, presuming that they are
629 in the right format, Jalview will happily read them into a new alignment window.
630 %[fig 8]
631
632 \begin{figure}[htbp]
633 \begin{center}
634 \includegraphics[width=2in]{images/menuloadtext.pdf}
635 \includegraphics[width=3in]{images/loadtextbox.pdf}
636 \caption{{\bf Opening an alignment from pasted text. }}
637 \label{loadtext}
638 \end{center}
639 \end{figure}
640
641
642 \subsection{From a Public Database}
643 \label{fetchseq}
644 Jalview can retrieve sequences and sequence alignments from the public databases
645 housed at the European Bioinformatics Institute, including Uniprot, Pfam, Rfam
646 and the PDB. Jalview's sequence fetching capabilities allow you to avoid having to
647 manually locate and save sequences from a web page before loading them into
648 Jalview. It also allows Jalview to gather additional metadata provided by the
649 source, such as annotation and database cross-references.
650 Select {\sl File $\Rightarrow$ Fetch Sequence(s) \ldots} from the main menu and
651 a window will appear (Figure \ref{loadseq}). Pressing the database selection
652 button in the dialog box opens a new window showing all the database sources
653 Jalview can access (grouped by the type of database). Once you've selected the
654 appropriate database, hit OK close the database selection window, and then enter
655 one or several database IDs or accession numbers separated by a semicolon and
656 press OK. Jalview will then attempt to retrieve them from the chosen database.
657 Example queries are provided for some databases to test that a source is
658 operational, and can also be used as a guide for the type of accession numbers
659 understood by the source.
660 % [fig 9]
661 \begin{figure}[htbp]
662 \begin{center}
663 \includegraphics[width=5in]{images/fetchseq.pdf}
664 \caption{{\bf Retrieving sequences from a public database.}}
665 \label{loadseq}
666 \end{center}
667 \end{figure}
668  
669 \subsection{Memory Limits}
670 \label{memorylimits}
671 Jalview is a Java program. One unfortunate implication of this is that Jalview
672 cannot dynamically request additional memory from the operating system. It is
673 important, therefore, that you ensure that you have allocated enough memory to
674 work with your data. On most occasions, Jalview will warn you when you have
675 tried to load an alignment that is too big to fit in to memory (for instance,
676 some of the PFAM alignments are {\bf very} large). You can find out how much
677 memory is available to Jalview with the desktop window's {\sl $\Rightarrow$
678 Tools $\Rightarrow$ Show Memory Usage} function, which enables the display of
679 the currently available memory at the bottom left hand side of the Desktop
680 window's background. Should you need to increase the amount of memory available
681 to Jalview, full instructions are given in the built in documentation (opened by
682 selecting {\sl Help $\Rightarrow$ Documentation}) and on the JVM memory
683 parameters page (\url{http://www.jalview.org/jvmmemoryparams.html}).
684
685 \exercise{Loading Sequences}{
686 \label{load}
687 \exstep{Use {\sl Window $\Rightarrow$ Close All} from the Desktop window menu to
688 close all windows.}
689 \exstep{{\bf Loading sequences from URL:} Selecting File {\sl $\Rightarrow$
690 Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} from the Desktop and enter \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa} in the box.
691
692 Click {\sl OK} to load the alignment.}
693 \exstep{{\bf Loading sequences from a file:} Close all windows using the
694 {\sl Window $\Rightarrow$ Close All} menu option from the Desktop.
695 Then type the same URL (\url{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}) into
696 your web browser and save the file to your desktop.
697 Open the file you have just saved in Jalview by selecting {\sl File
698 $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From File} from the desktop menu and
699 selecting this file.
700 Click {\sl OK} to load.}
701 \exstep{{\bf Loading sequences by `Drag and Drop' / `Cut and Paste':}
702
703 (i) Select {\sl Desktop $\Rightarrow$ Window
704 $\Rightarrow$ Close All}. Then drag the alignment.fa file from the desktop and
705 drop it onto the Jalview window, the alignment should open.
706
707 (ii) Test the differences
708 between (a) dragging the sequence onto the Jalview desktop  and (b)
709 dragging the sequence onto an existing alignment window.
710
711 (iii) Open \url{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa} in a
712 web browser. Drag the URL directly from browser onto Jalview desktop. (If
713 the URL is downloaded, then locate the file in your
714 download directory and open it in a text editor.)}
715
716 \exstep{{\bf The text editor:} (i) Open the alignment.fa file using text editor.
717 Copy the sequence text from the file into the clipboard and paste it into the desktop
718 background by right-clicking and selecting the {\sl Paste to New Window} menu
719 option.
720
721 (ii) In the text editor, copy the sequence text from
722 alignment.fa  into the clipboard (usually {\sl via} the browser's {\sl Edit
723 $\Rightarrow$ Copy} menu option). 
724
725 (iii) In the Desktop menu, select {\sl File
726 $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From Textbox}.
727 Paste the clipboard into the large window using the {\sl Edit $\Rightarrow$
728 Paste} text box menu option. Click {\sl New Window} and the alignment will be
729 loaded.}
730
731 \exstep{{\bf Loading sequences from Public Database:} (i) Select {\sl File
732 $\Rightarrow$ Fetch Sequence(s)...} from the Desktop. The {\sl Select Database
733 Retrieval Source} dialog will open showing all the database sources. Select the
734 {\bf PFAM seed} database and click {\sl OK}.
735
736 (ii)Once a source has been selected, the {\sl New
737 Sequence Fetcher} window will open. Enter the accession number {\bf PF03460}
738 and click {\sl OK}.
739 An alignment of about 174 sequences should load.}
740 \exstep{These can be viewed using the Overview window accessible from {\sl View
741 $\Rightarrow$ Overview Window.}
742 Several database IDs can be loaded by using semicolons to separate them.}
743 {\bf See the video at:
744 \url{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}} }
745
746 \section{Saving Sequences and Alignments}
747 \label{savingalignments} 
748 \subsection{Saving Alignments} Jalview allows alignments to be saved to file
749 in a variety of formats so they can be restored at a later date, passed to
750 colleagues or analysed in other programs. From the alignment window menu select {\sl File $\Rightarrow$ Save As} and a dialog box
751 will appear (Figure \ref{savealign}). You can navigate to an appropriate
752 directory in which to save the alignment. Jalview will remember the last filename
753 and format used to save (or load) the alignment, enabling you to quickly save
754 the file during or after editing by using the {\sl File $\Rightarrow$ Save}
755 entry. The {\sl File $\Rightarrow$ Output To Textbox} menu option allows the alignment to be copied and pasted into
756 other documents or web servers.
757
758 Jalview offers several different formats in which an alignment can be saved.
759 Of these, only the jalview project format (.jar or .jvp) will preserve the colours, groupings and other additional information in the alignment. The other formats
760 produce text files containing just the sequences with no visualization information, although some
761 allow limited annotation and sequence features to be stored (e.g. AMSA).
762 Unfortunately, as far as we are aware only Jalview can read Jalview
763 project files.
764
765 %[fig 10]
766 \begin{figure}[htbp]
767 \begin{center}
768 \parbox[c]{1.0in}{
769 \includegraphics[width=1.0in]{images/saveas.pdf}
770 }
771 \parbox[c]{4in}{
772 \includegraphics[width=4in]{images/saveas2.pdf}
773 }
774 \caption{{\bf Saving alignments in Jalview to disk.}}
775 \label{savealign}
776 \end{center}
777 \end{figure}
778
779 \subsection{Jalview Projects}
780 \parbox[c]{4in}{If you wish to save a complete Jalview session rather than
781 just a single alignment (e.g. because you have calculated trees or multiple
782 different alignments) then save your work as a Jalview Project
783 file (.jvp).\footnote{Tip: Ensure that you have allocated plenty of memory to
784 Jalview when working with large alignments in Jalview projects. See Section 
785 \ref{memorylimits} for how to do this.}
786 From the main menu select {\sl File $\Rightarrow$ Save Project} and a file save
787 dialog box will appear. Loading a project will restore Jalview to exactly the
788 view at which the file was saved, complete with all alignments, trees,
789 annotation and displayed structures rendered appropriately.
790 } \parbox[c]{2in}{ \centerline {
791 \includegraphics[width=1.5in]{images/saveproj.pdf} }}
792
793 \exercise{Saving Alignments}{
794 \label{save}
795 \exstep{Launch Jalview afresh, or use {\sl Desktop $\Rightarrow$ Window
796 $\Rightarrow$ Close all }.}
797 \exstep{Load the ferredoxin
798 alignment ({\bf PF03460}) from {\bf PFAM (seed)} (see Exercise
799 \ref{load}).
800 } \exstep{
801
802 Select {\sl File $\Rightarrow$ Save As} from the alignment window menu. Choose a
803 location into which to save the alignment and select your preferred format. All
804 formats except {\sl  Jalview } jvp can be viewed in a normal text editor (e.g.
805 Notepad) or in a web browser.
806 Enter a file name and click {\sl Save}.}
807 \exstep{Check this file by closing all windows and opening it with Jalview, or by
808 browsing to it with your web browser.}
809 \exstep{Repeat the previous steps saving the files in different file formats.}
810 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Output to Textbox $\Rightarrow$ FASTA}.
811 Select and copy this alignment to the clipboard using the textbox menu options
812 {\sl Edit $\Rightarrow$ Select All} followed by {\sl Edit $\Rightarrow$ Copy}.
813 The alignment can then be pasted into any application of choice, e.g. a word processor or web form.
814 }
815 \exstep{Ensure at least one alignment window is active in Jalview. Open the
816 overview window {\sl View $\Rightarrow$ Overview Window}
817  and scroll red box to any part of the alignment.
818 Select {\sl File
819 $\Rightarrow$ Save Project} from the main menu and save the project in a
820 suitable folder.}
821
822 \exstep{Close all windows and then load the project {\sl via} the {\sl File
823 $\Rightarrow$ Load Project} menu option. Observe how all the windows and
824 positions are exactly as they were when they were saved. } 
825 {\bf See the video at: \url{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}.}
826 }
827
828
829 \chapter{Selecting and Editing Sequences }
830 \label{jalviewediting}
831
832 \label{selectingandediting} 
833 Jalview makes extensive use of selections - most of the commands available from
834 its menus operate on the {\sl currently selected region} of the alignment, either to
835 change their appearance or perform some kind of analysis. This section
836 illustrates how to make and use selections and groups.
837
838 \section{Selecting Parts of an Alignment}
839 Selections can be of arbitrary regions in an alignment, one or more complete columns, or one or 
840 more complete sequences.
841 A selected region can be copied and pasted as a new alignment 
842 using the {\sl Edit $\Rightarrow$ Copy} and {\sl Edit $\Rightarrow$ Paste $\Rightarrow$ To New 
843 Alignment}  in the alignment window menu options.
844 {\bf To clear (unselect)  the selection press the [ESC] (escape) key.}
845
846 \subsection{Selecting Arbitrary Regions}
847 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. 
848 A dashed red box appears around the selected region (Figure \ref{select}). 
849 %[fig 12]
850
851 \begin{figure}[htbp]
852 \begin{center}
853 \includegraphics[width=4in]{images/select1.pdf}
854 \caption{{\bf Selecting a region in an alignment.}}
855 \label{select}
856 \end{center}
857 \end{figure}
858
859 \subsection{Selecting Columns}
860 To select the same residues in all sequences, click and drag along the alignment ruler.
861 This selects the entire column of the alignment. Ranges of positions from the
862 alignment ruler can also be selected by clicking on the first position and then
863 holding down the [SHIFT] key whilst clicking the other end of the selection.
864 Discontinuous regions can be selected by holding down [CTRL] and clicking on
865 positions to add to the column selection. Note that each [CTRL]-Click (PC) or
866 [CMD]-Click (Mac) changes the current selected sequence region to that column,
867 but adds to the column selection.
868 Selected columns are indicated by red highlighting in the ruler bar (Figure \ref{selectcols}).
869 %[fig 13]
870
871 \begin{figure}[htbp]
872 \begin{center}
873 \includegraphics[width=4in]{images/select2.pdf}
874 \caption{{\bf Selecting multiple columns in an alignment.} The red highlighting
875 on the alignment ruler marks the selected columns. Note that only the most
876 recently selected column has a dashed-box around it to indicate a region
877 selection. }
878 \label{selectcols}
879 \end{center}
880 \end{figure}
881
882 \subsection{Selecting Sequences}
883
884 \begin{figure}[htb]
885 \begin{center}
886 \includegraphics[width=4in]{images/select3.pdf}
887 \caption{{\bf Selecting multiple sequences in an alignment.} Use [CTRL] or [SHIFT] to select many sequences at once.}
888 \label{selectrows}
889 \end{center}
890 \end{figure}
891
892 To select multiple complete sequences, click and drag the mouse down the
893 sequence ID panel. The same techniques as used for columns (above) can be used
894 with [SHIFT]-Click for continuous and [CTRL]-Click to select discontinuous
895 ranges of sequences (Figure \ref{selectrows}).
896 %[fig 14]
897
898 \subsection{Making Selections in Cursor Mode}
899
900 To define a selection in cursor mode (which is enabled by pressing [F2] when the alignment window is selected),
901 navigate to the top left corner of the proposed selection (using the mouse, the arrow keys, or the keystroke
902 commands described in Section \ref{cursormode}). Pressing the [Q] key marks this as the
903 corner. A red outline appears around the cursor (Figure \ref{cselect}).
904
905 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.
906
907 \begin{figure}[htbp]
908 \begin{center}
909 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel1.pdf}
910 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel2.pdf}
911 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel3.pdf}
912 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel4.pdf}
913 \caption{{\bf Making a selection in cursor mode.} Navigate to the top left
914 corner (left), press [Q], navigate to the bottom right corner and press [M] (right).}
915 \label{cselect}
916 \end{center}
917 \end{figure}
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 \subsection{Inverting the Current Selection}
929 The current sequence or column selection can be inverted, using  {\sl Select
930 $\Rightarrow$ Invert Sequence/Column Selection} in the alignment window.
931 Inverting the selection is useful when selecting large regions in an alignment, 
932 simply select the region that is to be kept unselected, and then invert the selection.
933 This may also be useful when hiding large regions in an alignment (see Section \ref{hidingregions} 
934 below).
935 Instead of selecting the columns and rows that are to be hidden, simply select the 
936 region that is to be kept
937 visible, invert the selection, then select {\sl View $\Rightarrow$ Hide
938 $\Rightarrow$ Selected Region}.
939
940 \section{Creating Groups}
941 Selections are lost as soon as a different region is selected. Groups can be
942 created which are labeled regions of the alignment. To create a group, first
943 select the region which is to comprise the group. Then click the right mouse
944 button on the selection to bring up a context menu. Select {\sl Selection
945 $\Rightarrow$ Group $\Rightarrow$ Edit name and description of
946 current group}\footnote{In earlier versions of Jalview, this entry was variously
947 `Group', `Edit Group Name', or `JGroupXXXXX' (Where XXXXX was some serial
948 number).} then enter a name for the group in the dialog box which appears.
949
950 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.
951
952 \exercise{Making Selections and Groups}{
953 \label{exselect}
954 \exstep{Close windows.
955
956 Load the ferredoxin alignment ({\bf PF03460} from {\bf PFAM (seed)}).
957 }
958 \exstep{Selecting an arbitrary region. Choose a residue and place the mouse
959 cursor on it (residue information will show in alignment window status
960 bar).
961 Click and drag the mouse to the bottom-right to create a selection. As you drag,
962 a red box will `rubber band' out to 
963 show the extent of the selection.
964 Release the mouse
965 button and a red box borders the selected region.
966 Press [ESC] to clear this.}
967 \exstep{ Select one sequence by clicking on
968 the sequence ID panel. Note that the sequence ID takes on a highlighted
969 background and a red box appears around the selected sequence. 
970 Hold down [SHIFT] and click another sequence ID a few positions above or below. 
971 Note how the selection expands to include all the sequences between the two positions on which you clicked.
972 Hold down [CTRL] and then click on several sequences' IDs - both selected and
973 unselected. Note how unselected IDs are individually added to the selection and previously selected IDs are 
974 individually deselected.}
975 \exstep{ Select columns by clicking on the Alignment Ruler. Note
976 that the selected column is marked with a red box.
977 Hold down [SHIFT] and click a column beyond. Note the selection expands to
978 include all the sequences between the two positions on which you clicked.}
979
980 \exstep{Enter Cursor mode using [F2], or [Fn]-F2 for Macs.
981 Navigate to column 59, row 1 by pressing {\bf 5 9 , 1 [RETURN]}.
982 Press {\bf Q} to mark this position.
983 Navigate to column 65, row 8 by pressing {\bf 6 5 , 8 [RETURN]}. Press {\bf M}
984 to complete the selection. Note to clear the selection press the [ESC]
985 key.}
986 \exstep{To create a group from the selected the region, click the
987 right mouse button when mouse is on the selection, this opens a
988 context menu in the alignment window.
989
990 Open the {\sl Selection $\Rightarrow$ Edit New Group $\Rightarrow$ Group Colour
991 } menu and select {\sl Percentage Identity}.
992 This will turn the selected region into a group and colour it accordingly.}
993 \exstep{Hold down [CTRL] and use the mouse to select and deselect sequences in
994 the alignment by clicking on their Sequence ID label. Note how the group expands
995 to include newly selected sequences, and the Percentage Identity colouring changes. }
996 \exstep{ Another way to resize the group is by using the mouse to click and drag
997 the right-hand edge of the selected group.}
998
999 \exstep{The current selection can be exported and saved by right clicking the
1000 mouse when on the text area to open the Sequence ID context menu. Follow the
1001 menus and pick an output format (eg BLC) from the {\sl Selection $\Rightarrow$ Output to Textbox
1002 \ldots} submenu.
1003 }
1004 \exstep{In the Alignment output window that opens, try manually editing the
1005 alignment before clicking the {\sl New Window} button. This opens the
1006 edited alignment in a new alignment window.} {\bf See the video at:
1007 \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
1008 % more? change colouring style. set border colour.
1009 }
1010
1011 \section{Exporting the Current Selection}
1012 The current selection can be copied to the clipboard (in PFAM format). It can
1013 also be output to a textbox using the output functions in the pop-up menu
1014 obtained by right clicking the current selection. The textbox enables quick
1015 manual editing of the alignment prior to importing it into a new window (using
1016 the {\sl New Window} button) or saving to a file with the {\sl File
1017 $\Rightarrow$ Save As } pulldown menu option from the text box.
1018
1019 \section{Reordering an Alignment}
1020 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.
1021
1022 \begin{figure}[htbp]
1023 \begin{center}
1024 \includegraphics[width=3in]{images/move1.pdf}
1025 \includegraphics[width=3in]{images/move2.pdf}
1026 \caption{{\bf Reordering the alignment.} The selected sequence moves up one
1027 position on pressing the $\uparrow$ key.}
1028 \label{reorder}
1029 \end{center}
1030 \end{figure}
1031
1032 \exercise{Reordering the Alignment}{
1033 \exstep{Close windows.
1034
1035 Load the ferredoxin alignment ({\bf PF03460} from {\bf PFAM (seed)}).
1036 }
1037 \exstep{Select one of the sequence in the sequence ID panel, use the up and down
1038 arrow keys to alter the sequence's position in the alignment. (Note that
1039 this will not work in cursor mode)}
1040 \exstep{To select and move multiple
1041 sequences, use hold [SHIFT], and select two sequences separated by
1042 one or more un-selected sequences, repeat using the [CTRL] key. Note how
1043 multiple sequences are grouped together when they are re-ordered using the up and down arrow keys.}
1044 {\bf See the video at: \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
1045 }
1046
1047
1048 \section{Hiding Regions}
1049 \label{hidingregions}
1050 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}).
1051
1052 To hide a set of sequences, select them and right-click the mouse on the
1053 selected sequence IDs to bring up the context pop-up menu. Select {\sl Hide
1054 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.
1055
1056
1057  \begin{figure}[htbp]
1058 \begin{center}
1059 \includegraphics[width=1.5in]{images/hide1.pdf}
1060 \includegraphics[width=2.5in]{images/hide2.pdf}
1061 \includegraphics[width=1.75in]{images/hide3.pdf}
1062 \caption{{\bf Hiding Sequences} Hidden sequences are represented by a small blue
1063 triangle in the sequence ID panel.}
1064 \label{hideseq}
1065 \end{center}
1066 \end{figure}
1067
1068 A similar mechanism applies to columns (Figure \ref{hidecol}). Selected columns
1069 (indicated by a red marker) can be hidden and revealed in the same way {\sl via}
1070 the context pop-up menu by right clicking on the ruler bar. The hidden column
1071 selection is indicated by a small blue triangle in the ruler bar.
1072
1073  \begin{figure}[htbp]
1074 \begin{center}
1075 \includegraphics[width=2in]{images/hide4.pdf}
1076 \includegraphics[width=3in]{images/hide5.pdf}
1077 \includegraphics[width=1in]{images/hide6.pdf}
1078 \caption{{\bf Hiding Columns} Hidden columns are represented by a small blue
1079 triangle in the ruler bar.}
1080 \label{hidecol}
1081 \end{center}
1082 \end{figure}
1083
1084 It is often easier to select the region that you intend to work with, rather
1085 than the regions that you want to hide. In this case, select the required region and use the {\sl View $\Rightarrow$ Hide
1086 $\Rightarrow$ All but Selected Region } menu entry, or press [Shift]+[Ctrl]+H
1087 to hide the unselected region.
1088
1089 \subsection{Representing a Group with a Single Sequence}
1090
1091 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. 
1092
1093 \exercise{Hiding and Revealing Regions}{
1094 \exstep{Close windows.
1095
1096 Load the ferredoxin alignment ({\bf PF03460} from {\bf PFAM (seed)}).
1097 }
1098 \exstep{Select a contiguous set of sequences by clicking and dragging on the sequence ID panel.
1099 Right click on the selected sequence IDs to bring up the sequence ID context
1100 menu, select {\sl Hide Sequences}.
1101 }
1102 \exstep{
1103 Right click on the blue triangle indicating hidden sequences and select {\sl
1104 Reveal Sequences} in the panel. (If you have hidden all sequences then you will
1105 need to use the alignment window menu option {\sl View $\Rightarrow$ Show $\Rightarrow$ 
1106 All Sequences.}) }
1107 \exstep{
1108 Repeat the process but use a non-contiguous set of sequences. Note that when
1109 multiple regions are hidden you can select either {\sl
1110 Reveal Sequences} to reveal the hidden sequences that were clicked, or {\sl
1111 Reveal All}.
1112 }
1113 \exstep{Repeat the above using columns to hide and reveal columns
1114 instead of sequences.}
1115 \exstep{Select a region of the alignment, and experiment with the {\sl Hide all
1116 but selected region} option in {\sl View $\Rightarrow$ Hide $\Rightarrow$ All
1117 but selected region.}} \exstep{Select some sequences, pick one to represent the rest by hovering
1118 the mouse over this sequence. Bring up the Sequence ID context menu by right
1119 clicking and select {\sl (Sequence ID name) $\Rightarrow$ Represent group
1120 with (Sequence ID name )}. To reveal these hidden sequences, right click on the
1121 Sequence ID and in the context menu select {\sl Reveal All}.}
1122 {\bf See the video at:  \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
1123 }
1124
1125
1126 \begin{figure}[htb]
1127 \begin{center}
1128 \includegraphics[width=3in]{images/edit1.pdf}
1129 \includegraphics[width=3in]{images/edit2.pdf}
1130 \caption{{\bf Introducing gaps in a single sequence.} Gaps are introduced as the
1131 selected sequence is dragged to the right while pressing and holding [SHIFT].}
1132 \label{gapseq}
1133 \end{center}
1134 \end{figure}
1135
1136 \begin{figure}[htb]
1137 \begin{center}
1138 \includegraphics[width=3in]{images/edit3.pdf}
1139 \includegraphics[width=3in]{images/edit4.pdf}
1140 \caption{{\bf Introducing gaps in a group.} Gaps are introduced as the selected
1141 group is dragged to the right with [CTRL] pressed.}
1142 \label{gapgroup}
1143 \end{center}
1144 \end{figure}
1145
1146 \section{Introducing and Removing Gaps}
1147 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).
1148
1149
1150 \subsection{Undoing Edits}
1151 Alignment edits can be undone {\sl via} the {\sl Edit $\Rightarrow$ Undo Edit}
1152 alignment window menu option, or CTRL-Z. An edit, if undone, may be re-applied
1153 with {\sl Edit $\Rightarrow$ Redo Edit}, or CTRL-Y. Note, however, that the
1154 {\sl Undo} function only works for edits to the alignment or sequence ordering.
1155 Colouring of the alignment, showing and hiding of sequences or modification of
1156 annotation that only affect the alignment's display cannot
1157 be undone.
1158
1159 \subsection{Locked Editing}
1160 \label{lockededits}
1161 The Jalview alignment editing model is different to that used in other alignment
1162 editors. Because edits are restricted to the insertion and deletion of gaps to the left of a particular sequence position, 
1163 editing has the effect of shifting the rest of the sequence(s) being edited down or up-stream with respect to the rest of 
1164 alignment. The {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps} option can be enabled to eliminate `ragged edges' at the end of the alignment, 
1165 but does not avoid the `knock-on' effect which is sometimes undesirable. 
1166 However, its effect can be limited by performing the edit within a selected region. 
1167 In this case, gaps will only be removed or inserted within the selected region. 
1168 Edits are similarly constrained when they occur adjacent to a hidden column.
1169
1170 \subsection{Introducing Gaps in a Single Sequence}
1171 To introduce a gap, first select the sequence in the sequence ID panel and
1172 then place the cursor on the residue to the immediate right of where the gap
1173 should appear. Hold down the SHIFT key and the left mouse button, then drag the sequence to the right until the required number of gaps has been inserted.
1174
1175 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.
1176
1177 \subsection{Introducing Gaps in all Sequences of a Group}
1178 To insert gaps in all sequences in a selection or group, select the
1179 required sequences in the sequence ID panel and then place the mouse cursor on
1180 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.
1181
1182 Gaps can be removed by dragging the residue to the immediate right of the gap
1183 leftwards whilst holding down [SHIFT] (for single sequences) or [CTRL] (for a group of sequences).
1184
1185 \newpage
1186
1187 \exercise{Editing Alignments}
1188   %\label{mousealedit}
1189 % TODO: VERIFY FOR 2.6.1 and 2.7 - NUMBERING/INSTRUCTIONS APPEAR OFF
1190 {You are going to manually reconstruct part of the example Jalview
1191 alignment available at
1192  \href{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}
1193  {http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}.
1194
1195 {\sl {\bf Mac Users:} Please use the Apple or [CMD] key in place of [CTRL]
1196 for key combinations such as [CTRL]-A. }
1197
1198 Remember to use [CTRL]-Z to undo an edit, or the {\sl File $\Rightarrow$
1199  Reload } function to revert the alignment back to the original version if you
1200  want to start again.
1201
1202 \exstep{ Load the URL
1203 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa} which contains part of the
1204 ferredoxin alignment from PF03460.}
1205
1206 \exstep{ Select the first 7 sequences, and press H to hide them (or right click
1207 on the sequence IDs to open the sequence ID context menu, and select {\sl Hide
1208 Sequences}).}
1209
1210 \exstep{ Select FER3\_RAPSA and FER\_BRANA. Slide the sequences to
1211 the right so the initial residue A lies at column 57 using the $\Rightarrow$
1212 key.}
1213
1214 \exstep{ Select FER1\_SPIOL, FER1\_ARATH, FER2\_ARATH, Q93Z60\_ARATH and
1215 O80429\_MAIZE
1216
1217 {\sl Hint: you can do this by pressing [CTRL]-I to invert the sequence selection and then
1218 deselect FER1\_MAIZE), and use the $\Rightarrow$ key to slide them to so they
1219 begin at column 5 of the alignment view.}} 
1220
1221 \exstep{ Select all the visible
1222 sequences (those not hidden) in the block by pressing [CTRL]-A.
1223 Insert a single
1224 gap in all selected sequences at column 38 of the alignment by holding [CTRL]
1225 and clicking on the R at column 38 in the FER1\_SPIOL, then drag one
1226 column to right.
1227 Insert another gap at column 47 in all sequences in the same way.}
1228
1229 \exstep{ Correct the ferredoxin domain alignment for FER1\_SPIOL by
1230 inserting two additional gaps after the gap at column 47. First press [ESC] to
1231 clear the selection, then hold [SHIFT] and click and drag on the G and move it
1232 two columns to the right.}
1233
1234 \exstep{ Now complete the
1235 alignment of FER1\_SPIOL with a locked edit by pressing [ESC] and select
1236 columns 47 to 57 of the FER1\_SPIOL row. Move the mouse onto the G at column 50,
1237 hold [SHIFT] and drag the G in column 47 of FER1\_SPIOL to the left by one
1238 column to insert a gap at column 57.}
1239
1240 \exstep{ In the next two steps you will complete the alignment of the last two 
1241 sequences.
1242
1243 Select the last two sequences (FER1\_MAIZE and O80429\_MAIZE), then press [SHIFT]
1244 and click and drag the initial methionine of O80429\_MAIZE 5 columns to the right
1245 so it lies at column 10.
1246
1247 Keep holding [SHIFT] and click and drag to insert
1248 another gap at the proline at column 25 (25C in cursor mode). Remove the gap at
1249 column 44, and insert 4 gaps at column 47 (after AAPM).}
1250
1251 \exstep{ Hold [SHIFT] and drag the I at column 39 of FER1\_MAIZE 2 columns to the
1252 right. Remove the gap at FER1\_MAIZE column 49 by [SHIFT]-click and drag left by
1253 one column. Press [ESC] to clear the selection, and then insert three gaps in
1254 FER1\_MAIZE at column 47 by holding [SHIFT] and click and drag the S in FER1\_MAIZE to the right by three columns. Finally,
1255 remove the gap in O80429\_MAIZE at column 56 using [SHIFT]-drag to the left on
1256 56C.}
1257
1258 \exstep{ Use the
1259 {\sl Edit $\Rightarrow$ Undo Edit} and {\sl Edit $\Rightarrow$ Redo Edit} menu
1260 option, or their keyboard shortcuts ([CTRL]-Z and [CTRL]-Y) to step 
1261 backwards and replay the edits you have made.}
1262 }
1263
1264 \subsection{Sliding Sequences}
1265 Pressing the [$\leftarrow$] or [$\rightarrow$] arrow keys when one or more
1266 sequences are selected will ``slide'' the entire selected sequences to the left
1267 or right (respectively). Slides occur regardless of the region selection -
1268 which, for example, allows you to easily reposition misaligned subfamilies
1269 within a larger alignment.
1270 % % better idea to introduce hiding sequences, and use the invert selection, hide
1271 % others, to simplify manual alignment construction
1272
1273 \subsection{Editing in Cursor mode}
1274 Gaps can be easily inserted when in cursor mode (toggled with [F2]) by
1275 pressing [SPACE]. Gaps will be inserted at the cursor, shifting the residue
1276 under the cursor to the right. To insert {\sl n} gaps type {\sl n} and then
1277 press [SPACE]. To insert gaps into all sequences of a group, use [CTRL]-[SPACE]
1278 or [SHIFT]-[SPACE] (both keys held down together).
1279
1280 Gaps can be removed in cursor mode by pressing [BACKSPACE]. First make sure you
1281 have everything unselected by pressing ESC. The gap under the cursor will be
1282 removed. To remove {\sl n} gaps, type {\sl n} and then press [BACKSPACE]. Gaps
1283 will be deleted up to the number specified. To delete gaps from all sequences of
1284 a group, press [CTRL]-[BACKSPACE] or [SHIFT]-[BACKSPACE] (both keys held down
1285 together). Note that the deletion will only occur if the gaps are in the same
1286 columns in all sequences in the selected group, and those columns are to the
1287 right of the selected residue.
1288
1289
1290 \exercise{Keyboard Edits}
1291 {This continues on from the previous exercise, and recreates the final part of the example ferredoxin
1292 alignment from the unaligned sequences using Jalview's keyboard editing mode.
1293
1294 {\bf Window users:} Please {\em only use} [SHIFT]-[SPACE] in this
1295 exercise.
1296
1297 {\bf Mac users:} [CTRL]-[SPACE] can also be used instead of [SHIFT]-[SPACE].
1298
1299 \exstep{Load the sequence alignment at
1300 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa}, or continue using the
1301 edited alignment.  If you continue from the
1302 previous exercise, first right click on the sequence ID panel and select
1303 {\sl Reveal All}. Enter cursor mode by pressing [F2].}
1304 % TODO: BACKSPACE or DELETE WHEN SEQS ARE SELECTED WILL DELETE ALL SEQS JAL-783
1305
1306 \exstep{Insert 58 gaps at the start of the sequence 1 (FER\_CAPAA). Press
1307 {\sl 58} then {\sl [SPACE]}. }
1308
1309 \exstep{Go down one sequence and select rows 2-5 as a block. Click on the second sequence ID (FER\_CAPAN).
1310  Hold down shift and click on the fifth (FER1\_PEA). }
1311
1312 \exstep{Insert 6 gaps at the start of this group. Go to column 1 row 2 by typing
1313 {\sl 1,2} then press {\sl [RETURN]}. Now insert 6 gaps in all the sequences.
1314 Type {\sl 6} then hold down {\sl [SHIFT]} and press {\sl [SPACE]}.}
1315 \exstep{Now insert one gap at column 34 and another at 38. Insert 3 gaps at 47.
1316 Press {\sl 34C} then {\sl [SHIFT]-[SPACE]}.  Press {\sl 38C} then
1317 [SHIFT]-[SPACE].
1318 Press {\sl 47C} then {\sl 3 [SHIFT-SPACE]} the first through fourth sequences
1319 are now aligned.}
1320 \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]} .}
1321 \exstep{ Similarly delete the gap now at column 34, then insert two gaps at
1322 column 38.
1323 Press {\sl 34C [BACKSPACE]  38C 2 [SPACE]}. Delete three gaps at column 44 and
1324 insert one at column 47 by pressing {\sl 44C 3 [BACKSPACE] 47C [SPACE]}.  The top five sequences are 
1325 now aligned.}}
1326
1327 \chapter{Colouring Sequences and Figure Generation}
1328 \label{colouringfigures}
1329 \section{Colouring Sequences}
1330 \label{colours}
1331
1332 Colouring sequences is a key aspect of alignment presentation. Jalview allows
1333 you to colour the whole alignment, or just specific groups. Alignment and
1334 group colours are rendered
1335 {\sl below} any other colours, such as those arising from sequence features
1336 (these are described in Section \ref{featannot}). This means that if you
1337 try to apply one of the colourschemes described in this section, and nothing
1338 appears to happen, it may be that you have sequence feature annotation
1339 displayed, and you may have to disable it using the {\sl View $\Rightarrow$
1340 Show Features} option before you can see your colourscheme.
1341
1342 There are two main types of colouring styles: {\bf simple static residue}
1343 colourschemes and {\bf dynamic schemes} which use conservation and consensus
1344 analysis to control colouring. {\bf Hybrid colouring} is also possible, where
1345 static residue schemes are modified using a dynamic scheme. The individual schemes are described in Section \ref{colscheme} below.
1346
1347 \subsection{Colouring the Whole Alignment}
1348
1349 \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. 
1350
1351 }\parbox[c]{3in}{
1352 \centerline {
1353 \includegraphics[width=2.5in]{images/colour2.pdf}
1354 }
1355 }
1356
1357 \subsection{Colouring a Group or Selection}
1358
1359 Selections or groups can be coloured in two ways. The first is {\sl via} the Alignment Window's {\sl Colour} menu as stated above,
1360  after first ensuring that the {\sl Apply Colour To All Groups} flag is {\bf
1361  not} selected.
1362  This must be turned {\sl off} specifically as it is {\sl on} by default. 
1363  When unticked, selections from the Colours menu will only change the colour for residues in the current selection, 
1364  or the alignment view's ``background colourscheme'' when no selection exists.
1365
1366 The second method is to select sequences and right click mouse to open pop-up
1367 menu and select {\sl Selection $\Rightarrow$ Edit New Group $\Rightarrow$ Group
1368 Colour} from context menu options
1369 (Figure \ref{colgrp}). This only changes the colour of the current selection or group.
1370
1371 \begin{figure}[htbp]
1372 \begin{center}
1373 %TODO update group_col.pdf to show latest jalview group edit submenu
1374 \includegraphics[width=4in]{images/group_col.pdf}
1375 \caption{{\bf Colouring a group via the context menu.}}
1376 \label{colgrp}
1377 \end{center}
1378 \end{figure}
1379
1380 \subsection{Shading by Conservation}
1381 For many colour schemes, the intensity of the colour in a column can be scaled
1382 by the degree of amino acid property conservation. Selecting {\sl Colour
1383 $\Rightarrow$ By Conservation} enables this mode, and {\sl Modify
1384 Conservation Threshold...} brings up a selection box (the {\sl Conservation
1385 Colour Increment} dialog box) allowing the alignment colouring to be modified.
1386 Selecting a higher value limits colouring to more highly conserved columns (Figure \ref{colcons}).
1387
1388  \begin{figure}[htbp]
1389 \begin{center}
1390 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons1.pdf}
1391 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons3.pdf}
1392 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons5.pdf}
1393 \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.
1394 }
1395 \label{colcons}
1396 \end{center}
1397 \end{figure}
1398
1399 \subsection{Thresholding by Percentage Identity}
1400
1401 `Thresholding' is another hybrid colour model where a residue is only coloured
1402 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).
1403
1404 \subsection{Colouring by Annotation}
1405 \label{colourbyannotation}
1406 \parbox[c]{3.2in}{
1407 Any of the {\bf quantitative} annotations shown on an alignment can be used to
1408 threshold or shade the whole alignment.\footnote{Please remember to turn off
1409 Sequence Feature display to see the shading} 
1410
1411 The {\sl Colour $\Rightarrow$ By
1412 Annotation} option opens a dialog which allows you to select which annotation
1413 to use, the minimum and maximum shading colours or whether the original
1414 colouring should be thresholded (the `Use original colours' option).
1415
1416 Default settings for minimum and maximum colours can be set in the Jalview
1417 Desktop's preferences.  
1418 }\parbox[c]{3in}{
1419 \centerline{\includegraphics[width=2.8in]{images/col_byannot.pdf}}}
1420
1421 The {\bf per Sequence} option in the {\bf Colour By Annotation} dialog
1422 allows each sequence to be shaded according to sequence associated annotation
1423 rows, such as protein disorder scores. This functionality is described further
1424 in Section \ref{protdisorderpred}.
1425
1426 \subsection{Colour Schemes} 
1427
1428 \label{colscheme}
1429 Full details on each colour scheme can be found in the Jalview on-line help. A brief description of each one is provided below:
1430
1431 \subsubsection{ClustalX}
1432
1433
1434  \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. }
1435 \parbox[c]{3in}{\includegraphics[width=2.75in]{images/col_clustalx.pdf}}
1436
1437 \subsubsection{Blosum62}
1438
1439 \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.}
1440 \parbox[c]{3in}{
1441 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_blosum62.pdf}
1442 }
1443
1444 \subsubsection{Percentage Identity}
1445 \parbox[c]{3.5in}{
1446 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.
1447 }
1448 \parbox[c]{3in}{
1449 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_percent.pdf}
1450 }
1451
1452 \subsubsection{Zappo}
1453 \parbox[c]{3.5in}{
1454 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.
1455 }
1456 \parbox[c]{3in}{
1457 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_zappo.pdf}
1458 }
1459
1460 \subsubsection{Taylor}
1461
1462 \parbox[c]{3.5in}{
1463 This colour scheme was devised by Willie Taylor and an entertaining description of its origin can be found in Protein Engineering, 
1464 Vol 10 , 743-746 (1997).
1465 }
1466 \parbox[c]{3in}{
1467 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_taylor.pdf}
1468 }
1469
1470 \subsubsection{Hydrophobicity}
1471 \parbox[c]{3.5in}{
1472 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.
1473 }
1474 \parbox[c]{3in}{
1475 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_hydro.pdf}
1476 }
1477
1478 \subsubsection{Helix Propensity}
1479
1480 \parbox[c]{3.5in}{
1481 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.
1482 }
1483 \parbox[c]{3in}{
1484 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_helix.pdf}
1485 }
1486
1487 \subsubsection{Strand Propensity}
1488
1489 \parbox[c]{3.5in}{
1490 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} Strand propensity. The highest propensity is Yellow, the lowest is blue.
1491 }
1492 \parbox[c]{3in}{
1493 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_strand.pdf}
1494 }
1495
1496
1497
1498 \subsubsection{Turn Propensity}
1499 \parbox[c]{3.5in}{
1500 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} turn propensity. The highest propensity is red, the lowest is cyan.
1501 }
1502 \parbox[c]{3in}{
1503 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_turn.pdf}
1504 }
1505
1506 \subsubsection{Buried Index}
1507 \parbox[c]{3.5in}{
1508 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} burial propensity. The highest propensity is blue, the lowest is green.
1509 }
1510 \parbox[c]{3in}{
1511 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_buried.pdf}
1512 }
1513  
1514
1515 \subsubsection{Nucleotide}
1516 \parbox[c]{3.5in}{ Residues are coloured with four colours corresponding to the
1517 four nucleotide bases. All non ACTG residues are uncoloured. See Section
1518 \ref{workingwithnuc} for further information about working with nucleic acid
1519 sequences and alignments.
1520 } \parbox[c]{3in}{ \includegraphics[width=2.75in]{images/col_nuc.pdf} }
1521
1522 \subsubsection{Purine Pyrimidine}
1523 \parbox[c]{3.5in}{ Residues are coloured according to whether the corresponding
1524 nucleotide bases are purine (magenta) or pyrimidine (cyan) based. All non ACTG
1525 residues are uncoloured. For further information about working with nucleic acid
1526 sequences and alignments, see Section \ref{workingwithnuc}.
1527 %and Section \ref{workingwithrna}
1528
1529 } \parbox[c]{3in}{ \includegraphics[width=2.75in]{images/col_purpyr.pdf} }
1530
1531 \subsubsection{RNA Helix Colouring}
1532 \parbox[c]{3.5in}{ Columns are coloured according to their assigned RNA helix as
1533 defined by a secondary structure annotation line on the alignment. Colours for
1534 each helix are randomly assigned, and option only available when an RNA
1535 secondary structure row is present on the alignment. 
1536 % For more details see Section \ref{workingwithrna} 
1537 } \parbox[c]{3in}{
1538 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_rnahelix.pdf} }
1539
1540 \subsubsection{User Defined}
1541 This dialog allows the user to create any number of named colour schemes at
1542 will. Any residue may be assigned any colour. The colour scheme can then be
1543 named. If you save the colour scheme, this name will appear on the Colour menu
1544 (Figure \ref{usercol}).
1545
1546
1547 \begin{figure}[htbp]
1548 \begin{center}
1549 \includegraphics[width=2.5in]{images/col_user1.pdf}
1550 \includegraphics[width=2in]{images/col_user2.pdf}
1551 \includegraphics[width=1.75in]{images/col_user3.pdf}
1552 \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).}
1553 \label{usercol}
1554 \end{center}
1555 \end{figure}
1556
1557 \exercise{Colouring Alignments}{
1558 \label{color}
1559 Note: Before you begin this exercise, ensure that the {\sl Apply Colour
1560 To All Groups} flag is not selected in {\sl Colour} menu in the alignment window.
1561 % patch needed for 2.10 This must be turned {\sl off} specifically as it is on
1562 % by default.
1563
1564 \exstep{Open a sequence alignment, for example the PFAM domain PF03460 in PFAM
1565 seed database. Select the alignment menu option {\sl Colour $\Rightarrow$
1566 ClustalX} and note the colour change. Now try all the other colour schemes in the {\sl Colour} menu. 
1567 Note that some colour schemes do not colour all residues.}
1568 \exstep{Colour the alignment using {\sl Colour  $\Rightarrow$ Blosum62}. Select a group
1569 of around 4 similar sequences. Use the context menu (right click on the group)
1570 option {\sl Selection $\Rightarrow$ Edit New Group $\Rightarrow$ Group Colour
1571 $\Rightarrow$ Blosum62} to colour the selection. Notice how some residues which
1572 were not coloured are now coloured. The calculations performed for dynamic
1573 colouring schemes like Blosum62 are based on the selected group,
1574 not the whole alignment (this also explains the colouring changes observed in exercise
1575 \ref{exselect} during the group selection step).}
1576 \exstep{Keeping the same selection as before, colour the complete alignment except
1577 the group using {\sl Colour  $\Rightarrow$ Taylor}.
1578 Select the menu option  {\sl Colour  $\Rightarrow$ By Conservation}. 
1579 Slide the selector in the Conservation Colour Increment dialog box from side
1580 to side and observe the changes in the alignment colouring in the selection and in the complete alignment.}
1581 Note: Feature colours overlay residue colouring. The features colours can be
1582 toggled off by going to {\sl View  $\Rightarrow$ Show Sequence Features}.
1583
1584 {\bf See the video at: \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
1585 }
1586
1587
1588 \exercise{User Defined Colour Schemes}{
1589 \exstep{Load a sequence alignment. Select the alignment menu option {\sl Colour $\Rightarrow$ User Defined}. A dialog window will open.}
1590 \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.}
1591 \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 dialog window can now be closed.}
1592 \exstep{The new colour scheme appears in the list of colour schemes in the {\sl Colour} menu and can be selected in future Jalview sessions.
1593
1594 {\bf See the video at:
1595 \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}} }
1596
1597 \section{Formatting and Graphics Output}
1598 \label{layoutandoutput}
1599 Jalview is a WYSIWIG alignment editor. This means that for most kinds of graphics output, 
1600 the layout that is seen on screen will be the same as what is outputted in an
1601 exported graphics file.
1602 It is therefore important to pick the right kind of display layout prior to generating figures. 
1603
1604 \subsection{Multiple Alignment Views}
1605
1606 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.
1607
1608 \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}{
1609 \begin{center}\centerline{
1610 \includegraphics[width=2.5in]{images/mulv_tabs.pdf}}
1611 \end{center}
1612 }
1613
1614 % JBPNote make an excercise on views ?
1615
1616 \subsection{Alignment Layout}
1617 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).
1618
1619 \subsubsection{Wrapped Alignments}
1620 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. 
1621
1622 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. 
1623 \begin{figure}[htbp]
1624 \begin{center}
1625 \parbox[c]{2in}{\includegraphics[width=2in]{images/wrap1.pdf}}
1626 \parbox[c]{4in}{\includegraphics[width=4in]{images/wrap2.pdf}}
1627 \caption{{\bf Wrapping the alignment.}}
1628 \label{wrap}
1629 \end{center}
1630 \end{figure}
1631
1632
1633 \subsubsection{Fonts}
1634
1635 \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.}
1636 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=1.75in]{images/font.pdf}}}
1637
1638 \subsubsection{Numbering and Label Justification}
1639 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.
1640
1641 \subsubsection{Alignment and Group Colouring and Appearance}
1642 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.  
1643
1644 \subsubsection{Highlighting Nonconserved Symbols}
1645 The alignment layout and group sub-menu both contain an option to hide
1646 conserved symbols from the alignment display ({\sl Format $\Rightarrow$ Show
1647 nonconserved } in the alignment window or {\sl Selection $\Rightarrow$ Group
1648 $\Rightarrow$ Show Nonconserved} by right clicking on a group). This mode is useful when working with
1649 alignments that exhibit a high degree of homology, because Jalview will only
1650 display gaps or sequence symbols that differ from the consensus for each
1651 column, and render all others with a `.'.
1652 %TODO add a graphic to illustrate this.
1653 \subsection{Annotation Ordering and Display}
1654 % TODO: describe consensus, conservation, quality user preferences, and group
1655 % annotation preferences.
1656 The annotation lines which appear below the sequence alignment are described in
1657 detail in Section \ref{featannot}. They can be hidden by toggling the {\sl View
1658 $\Rightarrow$ Show Annotations} menu option. Additionally, each annotation line
1659 can be hidden and revealed in the same way as sequences {\sl via} the
1660 pop-up context menu on the annotation name panel (Figure \ref{annot}).
1661 Annotations can be reordered by dragging the annotation line label on the annotation label panel. Placing the
1662 mouse over the top annotation label brings up a resize icon on the left. When this is
1663 displayed, Click-dragging up and down provides more space in the alignment window for viewing the annotations, and less space for the sequence alignment.
1664
1665 \begin{figure}
1666 \begin{center}
1667 \includegraphics[width=2.5in]{images/annot1.pdf}
1668 \includegraphics[width=2.5in]{images/annot2.pdf}
1669 \caption{{\bf Hiding Annotations} Annotations can either be hidden from the {\sl
1670 View} menu (left) or individually from the context menu (right).}
1671 \label{annot}
1672 \end{center}
1673 \end{figure}
1674
1675 \exercise{Alignment Layout}{
1676 \label{exscreen}
1677 \exstep{Start Jalview and open the URL \textsf{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}. 
1678 Select {\sl Format $\Rightarrow$ Wrap} from the alignment window menu. 
1679 Experiment with the various options from the {\sl Format} menu, for example adjust the ruler placement, 
1680 sequence ID format and so on. }
1681 \exstep{Hide all the annotation rows by toggling {\sl Annotations $\Rightarrow$
1682 Show Annotations} from the alignment window menu. Reveal the annotations by selecting the same menu option.} \exstep{Deselect {\sl Format $\Rightarrow$ Wrap}. Right click on the
1683 annotation row labels to bring up the context menu, then select {\sl
1684 Hide This Row}. Bring up the context menu again and select {\sl
1685 Show All Hidden Rows} to reveal them.}
1686 \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 
1687 above {\sl Quality}. The rows should now be reordered. Features and annotations are covered in more detail in Section \ref{featannot}.}
1688 \exstep{Move the mouse to the top left hand corner of the annotation labels - 
1689 a grey up/down arrow symbol should appear - when this is shown, the height of the {\sl Annotation Area} can be changed 
1690 by clicking and dragging this icon up or down.}
1691 }
1692
1693 \subsection{Graphical Output}
1694 \label{figuregen}
1695 \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. }
1696 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=1.25in]{images/image.pdf}}}
1697
1698 \subsubsection{HTML}
1699
1700 \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.}
1701 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_html.pdf}}}
1702
1703 \subsubsection{EPS}
1704 \parbox[c]{3in}{EPS is Encapsulated Postscript. {\bf It is the format of choice
1705 for publications and posters} as it gives the highest quality output of any of
1706 the image types. It can be scaled to any size, so will still look good on an A0
1707 poster.
1708 This format can be read by most good presentation and graphics packages such as Adobe Illustrator or Inkscape.
1709 }
1710 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_eps.pdf}} \par \centerline{Zoom Detail of EPS image.}}
1711
1712 \subsubsection{PNG}
1713 \parbox[c]{3in}{
1714 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.
1715
1716 For submission of alignment figures to journals, please use EPS\footnote{If the journal complains, {\em insist}.}.
1717 }
1718 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_png.pdf}} \par \centerline{Zoom Detail of PNG image.}}
1719
1720  \exercise{Graphical Output}{
1721 \exstep{Load the example Jalview Jar file in Exercise \ref{exscreen}. 
1722 Customise it how you wish but leave it unwrapped. 
1723 Select {\sl File $\Rightarrow$ Export Image $\Rightarrow$ HTML} from the alignment menu. 
1724 Save the file and open it in your favoured web browser.  }
1725 \exstep{Wrap the alignment and export the image to HTML again. Compare the two
1726 images. (Note that the exported image matches the format displayed in the
1727 alignment window but {\bf annotations are not exported}).}
1728 \exstep{Export the alignment using the {\sl File $\Rightarrow$ Export Image $\Rightarrow$ PNG} menu option. 
1729 Open the file in an image viewer that allows zooming such as Paint or Photoshop (Windows), or Preview (Mac OS X) and zoom in. 
1730 Notice that the image is a bitmap and it becomes pixelated when zoomed. 
1731 (Note that the {\bf annotation lines are included} in the image.)}
1732 \exstep{Export the alignment using the {\sl File $\Rightarrow$ Export Image
1733 $\Rightarrow$ EPS} menu option. Open the file in a suitable program such as
1734 Photoshop, Illustrator, Inkscape, Ghostview, Powerpoint (Windows), or
1735 Preview (Mac OS X). Zoom in and note that the image has near-infinite
1736 resolution.} 
1737 }
1738
1739 % left out for Glasgow 2016
1740 % \newpage
1741
1742 % \section{Summary - the rest of the manual}
1743
1744 % The first few chapters have covered the basics of Jalview operation: from
1745 % starting the program, importing, exporting, selecting, editing and colouring
1746 % aligments, to the generation of figures for publication, presentation and web
1747 % pages.
1748
1749 % The remaining chapters in the manual cover:
1750
1751 % \begin{list}{$\circ$}{}
1752 % \item{Chapter \ref{featannot} covers the creation, manipulation and visualisation
1753 % of sequence and alignment annotation, and retrieval of sequence and feature data
1754 % from databases.}
1755 % \item {Chapter \ref{msaservices} explores the range of multiple alignment
1756 % programs offered via Jalview's web services, and introduces the use of
1757 % AACon for protein multiple alignment conservation analysis.}
1758 % \item {Chapter \ref{alignanalysis} introduces Jalview's built in tools for
1759 % multiple sequence alignment analysis, including trees, PCA, and alignment
1760 % conservation analysis. }
1761 % \item {Chapter \ref{3Dstructure} demonstrates the structure visualization
1762 % capabilities of Jalview.}
1763 % \item {Chapter \ref{proteinprediction} introduces protein sequence based
1764 % secondary structure and disorder prediction tools, including JPred.}
1765 % \item {Chapter \ref{dnarna} covers the special functions and
1766 % visualization techniques for working with RNA alignments and protein coding
1767 % sequences.}
1768 % \item {Chapter \ref{jvwebservices} provides instructions on the
1769 % installation of your own Jalview web services.}
1770 % \end{list}
1771
1772 \chapter{Annotation and Features}
1773 \label{featannot}
1774 Annotations and features are additional information that is
1775 overlaid on the sequences and the alignment.
1776 Generally speaking, annotations reflect properties of the alignment as a
1777 whole, often associated
1778 with columns in the alignment. Features are often associated with specific
1779 residues in the sequence.
1780
1781 Annotations are shown below the alignment in the annotation panel, the
1782 properties are often based on the alignment.
1783 Conversely, sequence features are properties of the individual sequences, so they do not change with the alignment, 
1784 but are shown mapped on to specific residues within the alignment. 
1785
1786 Features and annotation can be interactively created, or retrieved from external
1787 data sources. Webservices like JPred (see \ref{jpred} above) can be used to
1788 analyse a given sequence or alignment and generate annotation for it.
1789
1790
1791 \section{Conservation, Quality and Consensus Annotation}
1792 \label{annotationintro}
1793 Jalview automatically calculates several quantitative alignment annotations
1794 which are displayed as histograms below the multiple sequence alignment columns. 
1795 Conservation, quality and consensus scores are examples of dynamic
1796 annotation, so as the alignment changes, they change along with it.
1797 The scores can be used in the hybrid colouring options to shade the alignments. 
1798 Mousing over a conservation histogram reveals a tooltip with more information.
1799
1800 These annotations can be hidden and deleted via the context menu linked to the
1801 annotation row; but they are only created on loading an alignment. If they are
1802 deleted then the alignment should be saved and then reloaded to restore them.
1803 Jalview provides a toggle to autocalculate a consensus sequence upon editing. This is normally selected by default, but can be turned off for
1804 large alignments {\sl via} the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Autocalculate
1805 Consensus} menu option if the interface is too slow.
1806
1807 \subsubsection{Conservation Annotation}
1808
1809 Alignment conservation annotation is quantitative numerical index reflecting the
1810 conservation of the physico-chemical properties for each column of the alignment. 
1811 The calculation is based on AMAS method of multiple sequence alignment analysis (Livingstone C.D. and Barton G.J. (1993) CABIOS Vol. 9 No. 6 p745-756), 
1812 with identities scoring highest, and amino acids with substitutions in the same physico-chemical class have next highest score. 
1813 The score for each column is shown below the histogram. 
1814 The conserved columns with a score of 11 are indicated by '*'.
1815 Columns with a score of 10 have mutations but all properties are conserved are marked with a '+'.
1816
1817 \subsubsection{Consensus Annotation}
1818
1819 Alignment consensus annotation reflects the percentage of the different residue
1820 per column. By default this calculation includes gaps in columns, gaps can be ignored via the Consensus label context 
1821 menu to the left of the consensus bar chart. 
1822 The consensus histogram can be overlaid
1823 with a sequence logo that reflects the symbol distribution at each column of
1824 the alignment. Right click on the Consensus annotation row and select the {\sl Show
1825 Logo} option to display the Consensus profile for the group or alignment.
1826 Sequence logos can be enabled by default for all new alignments {\sl via} the
1827 Visual tab in the Jalview desktop's preferences dialog box.
1828
1829 \subsubsection{Quality Annotation}
1830
1831 Alignment quality annotation is an ad-hoc measure of the likelihood of observing
1832 the mutations (if any) in a particular column of the alignment. The quality score is calculated for each column in an alignment by summing, 
1833 for all mutations, the ratio of the two BLOSUM 62 scores for a mutation pair and each residue's conserved BLOSUM62 score (which is higher). 
1834 This value is normalised for each column, and then plotted on a scale from 0 to 1.
1835
1836 \subsubsection{Group Associated Annotation}
1837 \label{groupassocannotation}
1838 Group associated consensus and conservation annotation rows reflect the
1839 sequence variation within a particular group. Their calculation is enabled
1840 by selecting the {\sl Group Conservation} or {\sl Group Consensus} options in
1841 the {\sl Annotation $\Rightarrow$ Autocalculated Annotation } submenu of the
1842 alignment window. 
1843
1844 \subsection{Creating User Defined Annotation}
1845
1846 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}).
1847 A dialog box appears. Enter the label to use for this row and a new row will appear.
1848
1849 To create a new annotation, first select all the positions to be annotated on the appropriate row. 
1850 Right-clicking on this selection brings up the context menu which allows the insertion of graphics for secondary structure ({\sl Helix} or {\sl Sheet}), 
1851 text {\sl Label} and the colour in which to present the annotation (Figure \ref{newannot}). On selecting {\sl Label} a dialog box will appear, 
1852 requesting the text to place at that position. After the text is entered, the selection can be removed and the annotation becomes clearly 
1853 visible\footnote{When annotating a block of positions, the text can be partly obscured by the selection highlight. Pressing the  [ESC] key clears 
1854 the selection and the label is then visible.}. Annotations can be coloured or deleted as desired.
1855
1856 \begin{figure}[htbp]
1857 \begin{center}
1858 \includegraphics[width=1.3in]{images/annots1.pdf}
1859 \includegraphics[width=2in]{images/annots2.pdf}
1860 \caption{{\bf Creating a new annotation row.} Annotation rows can be reordered by dragging them to the desired place.}
1861 \label{newannotrow}
1862 \end{center}
1863 \end{figure}
1864
1865 \begin{figure}[htbp]
1866 \begin{center}
1867 \includegraphics[width=2in]{images/annots3.pdf}
1868 \includegraphics[width=2in]{images/annots4.pdf}
1869 \includegraphics[width=2in]{images/annots5.pdf}
1870 \caption{{\bf Creating a new annotation.} Annotations are created from a selection on the annotation row and can be coloured as desired.}
1871 \label{newannot}
1872 \end{center}
1873 \end{figure}
1874
1875 \subsection{Automated Annotation of Alignments and Groups}
1876
1877 On loading a sequence alignment, Jalview will normally\footnote{Automatic
1878 annotation can be turned off in the {\sl Visual } tab in the {\sl Tools
1879 $\Rightarrow$ Preferences } dialog box.} calculate a set of automatic annotation
1880 rows which are shown below the alignment. For nucleotide sequence alignments,
1881 only an alignment consensus row will be shown, but for amino acid sequences,
1882 alignment quality (based on BLOSUM 62) and physicochemical conservation will
1883 also be shown. Conservation is calculated according to Livingstone and
1884 Barton\footnote{{\sl ``Protein Sequence Alignments: A Strategy for the
1885 Hierarchical Analysis of Residue Conservation." } Livingstone C.D. and Barton
1886 G.J. (1993) {\sl CABIOS } {\bf 9}, 745-756}.
1887 Consensus is the modal residue (or {\tt +} where there is an equal top residue).
1888 The inclusion of gaps in the consensus calculation can be toggled by
1889 right-clicking on the Consensus label and selecting {\sl Ignore Gaps in
1890 Consensus} from the pop-up context menu located with consensus annotation row.
1891 Quality is a measure of the inverse likelihood of unfavourable mutations in the alignment. Further details on these
1892 calculations can be found in the on-line documentation.
1893
1894
1895 \exercise{Annotating Alignments}{
1896   \label{annotatingalignex}
1897 \exstep{Load the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. 
1898 Right-click on the {\sl Conservation} annotation row to
1899 bring up the context menu and select {\sl Add New Row}. A dialog box will
1900 appear asking for {\sl Annotation Name} and {\sl Annotation Description}.
1901 Enter ``Iron binding site" and click {\sl OK}. A new, empty, row appears.
1902 }
1903 \exstep{
1904 Navigate to column 97. Move down and on the new annotation row called
1905 ``Iron binding site, select column 97.
1906 Right click at this selection and select {\sl Label} from the context menu.
1907 Enter ``Fe" in the box and click {\sl OK}. Right-click on the selection again
1908 and select {\sl Colour}.
1909 Choose a colour from the colour chooser dialog 
1910 and click {\sl OK}. Press [ESC] to remove the selection.
1911
1912 {\sl Note: depending on your Annotation sort settings, your newly
1913 created annotation row might 'jump' to the top or bottom of the annotation
1914 panel. Just scroll up or down to find it again - the column you marked will
1915 still be selected. }
1916
1917 }
1918 \exstep{ Select columns 70-77 on the annotation row. Right-click and choose {\sl Sheet} from the
1919  context menu. You will be prompted for a label. Enter ``B" and press {\sl OK}. A new line showing the 
1920  sheet as an arrow appears. The colour of the label can be changed but not the colour of the sheet 
1921  arrow. 
1922 }
1923 \exstep{Right click on the title text of annotation row that you just created. 
1924 Select {\sl Export Annotation} in context menu and, in the Export Annotation
1925 dialog box that will open, select the Jalview format and click the {\sl [To Textbox]} button. 
1926
1927 The format for this file is given in the Jalview help. Press [F1] to open it, and find 
1928 the ``Annotations File Format'' entry in the ``Alignment Annotations'' section of the contents 
1929 pane. }
1930
1931 \exstep{Export the file to a text editor and edit the file to change the name of the annotation 
1932 row. Save the file and drag it onto the alignment view.}
1933 \exstep{Add an additional helix somewhere along the row by editing the file and 
1934 re-importing it.
1935
1936 {\sl Hint: Use the Export Annotation function to view what helix annotation looks like in 
1937 a Jalview annotation file.}}
1938 \exstep{Use the {\sl Alignment Window $\Rightarrow$ File $\Rightarrow$ Export Annotations...} 
1939 function to export all the alignment's annotation to a file.}
1940 \exstep{Open the exported annotation in a text editor, and use the Annotation File Format 
1941 documentation to modify the style of the Conservation, Consensus and Quality annotation rows so 
1942 they appear as several lines on a single line graph.
1943
1944 {\sl Hint: You need to change the style of annotation row in the first field of the annotation 
1945 row entry in the file, and create an annotation row grouping to overlay the three quantitative 
1946 annotation rows.}
1947 }
1948 \exstep{{\bf Homework for after you have completed exercise \ref{secstrpredex}:}
1949 \label{viewannotfileex}
1950       
1951 Recover or recreate the secondary structure predictions that you made from
1952 JPred. Use the {\sl File $\Rightarrow$ Export Annotation} function to view the Jnet secondary structure prediction annotation row.
1953
1954 Note the 
1955 SEQUENCE\_REF statements surrounding the row specifying the sequence association for the 
1956 annotation. 
1957 }}
1958
1959
1960 \section{Importing Features from Databases}
1961 \label{featuresfromdb}
1962 Jalview supports feature retrieval from public databases.
1963 It includes built in parsers for Uniprot and ENA (or EMBL) records retrieved
1964 from the EBI. Sequences retrieved from these sources using the sequence fetcher (see
1965 Section \ref{fetchseq}) will already possess features.
1966
1967 \subsection{Sequence Database Reference Retrieval}
1968 \label{fetchdbrefs}
1969 Jalview maintains a list of external database references for each sequence in
1970 an alignment. These are listed in a tooltip when the mouse is moved over the
1971 sequence ID when the {\sl View $\Rightarrow$ Sequence ID Tooltip $\Rightarrow$
1972 Show Database Refs } option is enabled. Sequences retrieved using the sequence
1973 fetcher will always have at least one database reference, but alignments
1974 imported from an alignment file generally have no database references.
1975
1976 \subsubsection{Database References and Sequence Coordinate Systems}
1977
1978 Jalview displays features in the local sequence's coordinate system which is
1979 given by its `start' and `end'. Any sequence features on the sequence will be
1980 rendered relative to the sequence's start position. If the start/end positions
1981 do not match the coordinate system from which the features were defined, then
1982 the features will be displayed incorrectly.
1983
1984 \subsubsection{Viewing and Exporting a Sequence's Database Annotation}
1985
1986 You can export all the database cross references and annotation terms shown in
1987 the sequence ID tooltip for a sequence by right-clicking and selecting the {\sl
1988 [Sequence ID] $\Rightarrow$ Sequence details \ldots} option from the popup
1989 menu.
1990 A similar option is provided in the {\sl Selection} sub-menu allowing you to
1991 obtain annotation for the sequences currently selected. 
1992
1993 \parbox[l]{3.4in}{
1994 The {\sl Sequence Details
1995 \ldots} option will open a window containing the same text as would be shown in
1996 the tooltip window, including any web links associated with the sequence. The
1997 text is HTML, and options on the window allow the raw code to be copied and
1998 pasted into a web page.}
1999 \parbox[c]{3in}{
2000 \centerline{\includegraphics[width=2.2in]{images/seqdetailsreport.pdf}}}
2001
2002 \subsubsection{Automatically Discovering a Sequence's Database References}
2003 Jalview includes a function to automatically verify and update each sequence's
2004 start and end numbering against any of the sequence databases that the {\sl
2005 Sequence Fetcher} has access to. This function is accessed from the {\sl
2006 Webservice $\Rightarrow$ Fetch DB References} sub-menu in the Alignment
2007 window. This menu allows you to query either the set of {\sl Standard
2008 Databases}, which includes EMBL, Uniprot, the PDB, or just a specific datasource from one of the submenus.
2009 When one of the entries from this menu is selected, Jalview will use the ID
2010 string from each sequence in the alignment or in the currently selected set to
2011 retrieve records from the external source. Any sequences that are retrieved are
2012 matched against the local sequence, and if the local sequence is found to be a
2013 sub-sequence of the retrieved sequence then the local sequence's start/end
2014 numbering is updated.  A new database reference mapping is created, mapping the
2015 local sequence to the external database, and the local sequence inherits any
2016 additional annotation retrieved from the database sequence.
2017
2018 The database retrieval process terminates when a valid mapping is found for a
2019 sequence, or if all database queries failed to retrieve a matching sequence.
2020 Termination is indicated by the disappearance of the moving progress indicator
2021 on the alignment window. A dialog box may be shown once it completes which
2022 lists sequences for which records were found, but the sequence retrieved from
2023 the database did not exactly contain the sequence given in the alignment (the
2024 {\sl ``Sequence not 100\% match'' dialog box}).
2025
2026
2027 \subsubsection{The Fetch Uniprot IDs Dialog Box}
2028 \label{discoveruniprotids}
2029 If any sources are selected which refer to Uniprot coordinates as their reference system, 
2030 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}. 
2031 If a sequence is verified, then the start/end numbering will be adjusted to match the Uniprot record. 
2032
2033 \subsubsection{Rate of Feature Retrieval}
2034 Feature retrieval can take some time if a large number of sources are selected
2035 and if the alignment contains a large number of sequences.  
2036 As features are retrieved, they are immediately added to the current alignment view.
2037 The retrieved features are shown on the sequence and can be customised as described previously.
2038
2039
2040 \subsection{Colouring Features by Score or Description
2041 Text}
2042 \label{featureschemes}
2043 Sometimes, you may need to visualize the differences in information carried by
2044 sequence features of the same type. This is most often the case when features
2045 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
2046 features using a graduated colourscheme in order to highlight these variations.
2047 In order to apply a graduated scheme to a feature type, select the `Graduated
2048 colour' entry in the Sequence {\sl Feature Type}'s popup menu, which is opened by
2049 right-clicking the {\sl Feature Type} or {\sl Color} in the {\sl Sequence Feature Settings} dialog box. Two types
2050 of colouring styles are currently supported: the default is quantitative
2051 colouring, which shades each feature based on its score, with the highest
2052 scores receiving the `Max' colour, and the lowest scoring features coloured
2053 with the `Min' colour. Alternately, you can select the `Colour by label'
2054 option to create feature colours according to the description text associated
2055 with each feature. This is useful for general feature types - such as
2056 Uniprot's `DOMAIN' feature - where the actual type of domain is given in the
2057 feature's description.
2058
2059 Graduated feature colourschemes can also be used to exclude low or
2060 high-scoring features from the alignment display. This is done by choosing your
2061 desired threshold type (either above or below), using the drop-down menu in the
2062 dialog box. Then, adjust the slider or enter a value in the text box to set the
2063 threshold for displaying this type of feature.
2064
2065 The feature settings dialog box allows you to toggle between a graduated and
2066 simple feature colourscheme using the pop-up menu for the feature type. When a
2067 graduated scheme is applied, it will be indicated in the colour column for
2068 that feature type - with coloured blocks or text to indicate the colouring
2069 style and a greater than ($>$) or less than ($<$) symbol to indicate when a
2070 threshold has been defined.
2071
2072 \subsection{Using Features to Re-order the Alignment}
2073 \label{featureordering}
2074 The presence of sequence features on certain sequences or in a particular
2075 region of an alignment can quantitatively identify important trends in
2076 the aligned sequences. In this case, it is more useful to
2077 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
2078 dialog box provides two buttons: `Seq sort by Density' and `Seq sort by
2079 Score', that allow you to reorder the alignment according to the number of
2080 sequence features present on each sequence, and also according to any scores
2081 associated with a feature. Each of these buttons uses the currently displayed
2082 features to determine the ordering, but
2083 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
2084 popup menu. Simply right-click the type's style in the Sequence Feature Settings dialog
2085 box, and select one of the {\sl Sort by Score} and {\sl Sort by Density}
2086 options to re-order the alignment. Finally, if a specific region is selected,
2087 then only features found in that region of the alignment will be used to
2088 create the new alignment ordering.
2089 % \exercise{Shading and Sorting Alignments using Sequence Features}{
2090 % \label{shadingorderingfeatsex}
2091
2092 % This exercise is currently not included in the tutorial because no DAS servers
2093 % currently exist that yield per-residue features for any Uniprot sequence. 
2094
2095 % \exstep{Re-load the alignment from \ref{dasfeatretrexcercise}.
2096 % }
2097 % \exstep{Open the
2098 % feature settings panel, and, after first clearing the current
2099 % selection, press the {\em Seq Sort by Density} button a few times.}
2100 % \exstep{Use the DAS fetcher to retrieve the Kyte and Doolittle Hydrophobicity
2101 % scores for the protein sequences in the alignment.
2102 % {\sl Hint: the nickname for the das source is `KD$\_$hydrophobicity'.}}
2103 % \exstep{Change the feature settings so only the hydrophobicity features are
2104 % displayed. Mouse over the annotation and also export and examine the GFF and
2105 % Jalview features file to better understand how the hydrophobicity measurements
2106 % are recorded.}
2107 % \exstep{Apply a {\sl Graduated Colour} to the hydrophobicity annotation to
2108 % reveal the variation in average hydrophobicity across the alignment.}
2109 % \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
2110 % hydrophobicity.}
2111 % \exstep{Save the alignment as a project, for use in exercise
2112 % \ref{threshgradfeaturesex}.} }
2113
2114 % \exercise{Shading alignments with combinations of graduated feature
2115 % colourschemes}{
2116 % \label{threshgradfeaturesex}
2117 % \exstep{Reusing the annotated alignment from exercise
2118 % \ref{shadingorderingfeatsex}, experiment with the colourscheme threshold to
2119 % 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.}
2120 % \exstep{Change the colourscheme so
2121 % that features at the threshold are always coloured grey, and the most
2122 % hydrophobic residues are coloured red, regardless of the threshold value
2123 % ({\em hint - there is a switch on the dialog to do this for you}).}
2124 % \exstep{Enable the Uniprot {\em chain} annotation in the feature settings
2125 % display and re-order the features so it is visible under the hydrophobicity
2126 % annotation.}
2127 % \exstep{Apply a {\sl Graduated Colour} to the {\em chain}
2128 % annotation so that it distinguishes the different canonical names associated
2129 % with the mature polypeptide chains.}
2130 % \exstep{Export the alignment's sequence features using the Jalview and GFF file formats, to see how the different types of graduated feature
2131 % colour styles are encoded. }
2132 % }
2133
2134 \subsection{Creating Sequence Features}
2135 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 dialog 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.
2136
2137 \begin{figure}[htbp]
2138 \begin{center}
2139 \includegraphics[width=2in]{images/feature1.pdf}
2140 \includegraphics[width=2.5in]{images/feature2.pdf}
2141 \includegraphics[width=1.5in]{images/feature3.pdf}
2142 \caption{{\bf Creating sequence features.} Features can readily be created from selections via the context menu and are then displayed on the sequence. }
2143 \label{features}
2144 \end{center}
2145 \end{figure}
2146
2147 Creation of features from a selection spanning multiple sequences results in the creation of one feature per sequence. 
2148 Each feature remains associated with its own sequence.
2149
2150 \subsection{Customising Feature Display}
2151
2152 Feature display can be toggled on or off by selecting the {\sl View
2153 $\Rightarrow$ Show Sequence Features} menu option. When multiple features are
2154 present it is usually necessary to customise the display. Jalview allows the
2155 display, colour, rendering order and transparency of features to be modified
2156 {\sl via} the {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} menu option. This
2157 brings up a dialog window (Figure \ref{custfeat}) which allows the
2158 visibility of individual feature types to be selected, colours changed (by
2159 clicking on the colour of each sequence feature type) and the rendering order
2160 modified by dragging feature types to a new position in the list. Dragging the
2161 slider alters the transparency of the feature rendering. The Feature
2162 Settings dialog also includes functions for more advanced feature shading
2163 schemes and buttons for sorting the alignment according to the distribution of
2164 features. These capabilities are described further in sections
2165 \ref{featureschemes} and \ref{featureordering}.
2166
2167 \begin{figure}[htbp]
2168 \begin{center}
2169 \includegraphics[width=4in]{images/features4.pdf}
2170 \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.}
2171 \end{center}
2172 \end{figure}
2173
2174 \begin{figure}[htbp]
2175 \begin{center}
2176 \includegraphics[width=4in]{images/features5.pdf}
2177 \caption{{\bf Customising sequence features.} Features can be recoloured, switched on or off and have the rendering order changed. }
2178 \label{custfeat}
2179 \end{center}
2180 \end{figure}
2181
2182 \subsection{Sequence Feature File Formats}
2183
2184 Jalview supports the widely used GFF tab delimited format\footnote{see
2185 http://www.sanger.ac.uk/resources/software/gff/spec.html} and its own Jalview
2186 Features file format for the import of sequence annotation. Features and
2187 alignment annotation are also extracted from other formats such as Stockholm,
2188 and AMSA. URL links may also be attached to features. See the online
2189 documentation for more details of the additional capabilities of the Jalview
2190 features file.
2191
2192 \exercise{Creating Features}{
2193 \exstep{Open the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. 
2194 We know that the Cysteine residues at columns 97, 102, 105 and 135 are involved in 
2195 iron binding so we will create them as features. Navigate to column 97, sequence 1. 
2196 Select the entire column by clicking in the ruler bar. Then right-click on the selection 
2197 to bring up the context menu and select {\sl Selection $\Rightarrow$ Create Sequence Feature}. 
2198 A dialog box will appear.
2199 }
2200 \exstep{
2201 Enter a suitable Sequence Feature Name  (e.g. ``Iron binding site") in the
2202 appropriate box. Click on the Feature Colour bar to change the colour if
2203 desired, add a short description (``One of four Iron binding Cysteines") and
2204 press {\sl OK}. The features will then appear on the sequences. } \exstep{Roll
2205 the mouse cursor over the new features.
2206 Note that the position given in the tool tip is the residue number, not the column number. 
2207 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.
2208 Roll the mouse over the features and you will see that the feature has moved with the sequence. Delete the gap you created.
2209 }
2210 \exstep{
2211 Add a similar feature to column 102. When the feature dialog box appears, clicking the Sequence Feature 
2212 Name box brings up a list of previously described features. Using the same Sequence Feature Name allows the features to be grouped.}
2213 \exstep{Select {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} from the
2214 alignment window menu. The Sequence Feature Settings window will appear. Move
2215 this so that you can see the features you have just created. Click the check
2216 box for ``Iron binding site"  under {\sl Display} and note that display of this
2217 feature type is now turned off. Click it again and note that the features are
2218 now displayed. Close the sequence feature settings box by clicking {\sl OK} or
2219 {\sl Cancel}.} }
2220
2221 \chapter{Multiple Sequence Alignment}
2222 \label{msaservices}
2223 Sequences can be aligned using a range of algorithms provided by JABA web
2224 services, including ClustalW\footnote{{\sl ``CLUSTAL W:
2225 improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence
2226 weighting, position specific gap penalties and weight matrix choice."} Thompson
2227 JD, Higgins DG, Gibson TJ (1994) {\sl  Nucleic Acids Research} {\bf 22},
2228 4673-80}, Muscle\footnote{{\sl ``MUSCLE: a multiple sequence alignment method
2229 with reduced time and space complexity"} Edgar, R.C.
2230 (2004) {\sl BMC Bioinformatics} {\bf 5}, 113},  MAFFT\footnote{{\sl ``MAFFT: a
2231 novel method for rapid multiple sequence alignment based on fast Fourier
2232 transform"}  Katoh, K., Misawa, K., Kuma, K. and Miyata, T. (2002) {\sl Nucleic
2233 Acids Research} {\bf 30}, 3059-3066.  and {\sl ``MAFFT version 5:
2234 improvement in accuracy of multiple sequence alignment"} Katoh, K., Kuma, K.,
2235 Toh, H. and Miyata, T. (2005) {\sl Nucleic Acids Research} {\bf 33}, 511-518.},
2236 ProbCons,\footnote{PROBCONS: Probabilistic Consistency-based Multiple Sequence
2237 Alignment.
2238 Do, C.B., Mahabhashyam, M.S.P., Brudno, M., and Batzoglou, S.
2239 (2005) {\sl Genome Research} {\bf 15} 330-340.} T-COFFEE\footnote{T-Coffee:
2240 A novel method for multiple sequence alignments. (2000) Notredame, Higgins and
2241 Heringa {\sl JMB} {\bf 302} 205-217} and Clustal Omega.\footnote{Fast, scalable
2242 generation of high-quality protein multiple sequence alignments using Clustal
2243 Omega. Sievers F, Wilm A, Dineen DG, Gibson TJ, Karplus K, Li W, Lopez R,
2244 McWilliam H, Remmert M, Soding J, Thompson JD, Higgins DG (2011) {\sl Molecular
2245 Systems Biology} {\bf 7} 539
2246 \href{http://dx.doi.org/10.1038/msb.2011.75}{doi:10.1038/msb.2011.75}} Of these,
2247 T-COFFEE is slow but accurate. ClustalW is historically
2248 the most widely used. Muscle is fast and probably best for
2249 smaller alignments. MAFFT is probably the best for large alignments,
2250 however Clustal Omega, released in 2011, is arguably the fastest and most
2251 accurate tool for protein multiple alignment.
2252
2253 \section{Performing a multiple sequence alignment}
2254 To run an alignment web service, select the appropriate method from the {\sl
2255 Web Service $\Rightarrow$  Alignment $\Rightarrow$ \ldots} submenu (Figure
2256 \ref{webservices}). For each service you may either perform an alignment with
2257 default settings, use one of the available presets, or customise the parameters
2258 with the `{\sl Edit and Run ..}' dialog box. Once the job is submitted, a
2259 progress window will appear giving information about the job and any errors that
2260 occur. After successful completion of the job, a new alignment window is opened
2261 with the results, in this case an alignment. By default, the new alignment will be
2262 ordered in the same way as the input sequences. Note: many alignment
2263 programs re-order the input during their analysis and place homologous
2264 sequences close together, the MSA algorithm ordering can be recovered
2265 using the `Algorithm ordering' entry within the {\sl Calculate $\Rightarrow$
2266 Sort } sub menu.
2267
2268 \subsection{Realignment to add sequences to an existing alignment}
2269 The re-alignment option is currently only supported by Clustal  
2270 Omega and ClustalW. When performing a re-alignment, Jalview submits the
2271 current selection to the alignment service complete with any existing gaps.
2272 Realignment with ClustalW is useful when one wishes to align
2273 additional sequences to an existing alignment without any further optimisation
2274 to the existing alignment. ClustalO's realignment works by generating a
2275 probabilistic model (a.k.a HMM) from the original alignment, and then realigns
2276 {\bf all} sequences to this profile. For a well aligned MSA, this process
2277 will simply reconstruct the original alignment (with additonal sequences), but
2278 in the case of low quality MSAs, some differences may be introduced.
2279
2280 \begin{figure}[htbp]
2281 \begin{center}
2282 \parbox[c]{1.5in}{\includegraphics[width=1.5in]{images/ws1.pdf}}
2283 \parbox[c]{2.5in}{\includegraphics[width=2.5in]{images/ws2.pdf}}
2284 \parbox[c]{2in}{\includegraphics[width=2in]{images/ws3.pdf}}
2285 \caption{{\bf Multiple alignment via web services} The appropriate method is
2286 selected from the menu (left), a status box appears (centre), and the results
2287 appear in a new window (right).}
2288 \label{webservices}
2289 \end{center}
2290 \end{figure}
2291
2292 \subsection{Alignments of Sequences that include Hidden Regions}
2293 If the view or selected region submitted for alignment contains hidden
2294 regions, then {\bf only the visible sequences will be submitted to the service}.
2295 Furthermore, each contiguous segment of sequences will be aligned independently
2296 (resulting in a number of alignment `subjobs' appearing in the status window).
2297 Finally, the results of each subjob will be concatenated with the hidden regions
2298 in the input data prior to their display in a new window. This approach ensures
2299 that 1) hidden column boundaries in the input data are preserved in the
2300 resulting alignment - in a similar fashion to the constraint that hidden columns
2301 place on alignment editing (see Section \ref{lockededits} and 2) hidden
2302 columns can be used to preserve existing parts of an alignment whilst the
2303 visible parts are locally refined.
2304
2305 \subsection{Alignment Service Limits}
2306 Multiple alignment is a computationally intensive calculation. Some JABA server
2307 services and service presets only allow a certain number of sequences to be
2308 aligned. The precise number will depend on the server that you are using to
2309 perform the alignment. Should you try to submit more sequences than a service
2310 can handle, then an error message will be shown informing you of the maximum
2311 number allowed by the server.
2312
2313 \exercise{Multiple Sequence Alignment}{
2314 \exstep{ Close all windows and open the alignment at {\sf
2315 http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa}.  Select {\sl
2316 Web Service $\Rightarrow$ Alignment $\Rightarrow$ Muscle with Defaults}. 
2317 A window will open giving the job status. After a short time, a second window will open
2318  with the results of the alignment.} 
2319  \exstep{Return to the first sequence alignment window by clicking on 
2320  the window, and repeat using {\sl ClustalO} (Omega) and {\sl MAFFT}, from the
2321  {\sl Web Service $\Rightarrow$ Alignment} menu, using the same initial
2322  alignment.
2323  Compare them and you should notice small differences. }
2324 \exstep{Select the last three sequences in the MAFFT alignment, and de-align them 
2325 with {\sl Edit $\Rightarrow$ Remove All Gaps}. Press [ESC] to deselect these
2326 sequences. Then submit this view for re-alignment with {\sl ClustalO}.}
2327 \exstep{Return to the alignment window in section (c), use [CTRL]-Z (undo) to
2328 recover the alignment of the last three sequences in this MAFFT alignment.
2329 Once the ClustalO re-alignment has completed, compare the results of
2330 re-alignment of the three sequences with their alignment in the original MAFFT result.}
2331 \exstep{Select columns 60 to 125 in the original MAFFT alignment and hide them,
2332 by right clicking the mouse to bring up context menu.
2333 Select {\sl Web Service $\Rightarrow$ Alignment $\Rightarrow$ Mafft with Defaults} to 
2334 submit the visible portion of the alignment to MAFFT. When the web service job pane appears, 
2335 note that there are now two alignment job status panes shown in the window.}
2336 \exstep{When the MAFFT job has finished, compare the alignment of the N-terminal visible 
2337 region in the result with the corresponding region of the original alignment.}
2338 \exstep {If you wish, 
2339 select and hide a few more columns in the N-terminal region, and submit the alignment to the 
2340 service again and explore the effect of local alignment on the non-homologous parts of the 
2341 N-terminal region.}
2342 {\bf See the video at:
2343 \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
2344 }
2345
2346 \section{Customising the Parameters used for Alignment}
2347
2348 JABA web services allow you to vary the parameters used when performing a
2349 bioinformatics analysis. For JABA alignment services, this means you are
2350 usually able to modify the following types of parameters:
2351 \begin{list}{$\bullet$}{}
2352 \item{Amino acid or nucleotide substitution score matrix}
2353 \item{Gap opening and widening penalties}
2354 \item{Types of distance metric used to construct guide trees}
2355 \item{Number of rounds of re-alignment or alignment optimisation}  
2356 \end{list}
2357 \begin{figure}[htbc]
2358 \center{
2359 \includegraphics[width=3in]{images/jvaliwsparamsbox.pdf}
2360 \caption{{\bf Jalview's JABA alignment service parameter editing dialog box}.}
2361 \label{jwsparamsdialog} }
2362 \end{figure}
2363
2364 \subsection{Getting Help on the Parameters for a Service}
2365
2366 Each parameter available for a method usually has a short description, which
2367 Jalview will display as a tooltip, or as a text pane that can be opened under
2368 the parameter's controls. In the parameter shown in Figure
2369 \ref{clustalwparamdetail}, the description was opened by selecting the button on the left hand side. Online help for the
2370 service can also be accessed, by right clicking the button and selecting a URL
2371 from the pop-up menu that will open.
2372
2373 \begin{figure}[htbp]
2374 \begin{center}
2375 \includegraphics[width=2.5in]{images/clustalwparamdetail.pdf}
2376 \caption{{\bf ClustalW parameter slider detail}. From the ClustalW {\sl Clustal $\Rightarrow$ Edit settings and run ...} dialog box. }
2377 \label{clustalwparamdetail}
2378 \end{center}
2379 \end{figure} 
2380
2381 \subsection{Alignment Presets}
2382 The different multiple alignment algorithms available from JABA vary greatly in
2383 the number of adjustable parameters, and it is often difficult to identify what
2384 are the best values for the sequences that you are trying to align. For these
2385 reasons, each JABA service may provide one or more presets -- which are
2386 pre-defined sets of parameters suited for particular types of alignment
2387 problem. For instance, the Muscle service provides the following presets:
2388 \begin{list}{$\bullet$}{}
2389 \item Large alignments (balanced)
2390 \item Protein alignments (fastest speed)
2391 \item Nucleotide alignments (fastest speed)
2392 \end{list}
2393
2394 The presets are displayed in the JABA web services submenu, and can also be
2395 accessed from the parameter editing dialog box, which is opened by selecting
2396 the `{\sl Edit settings and run ...}' option from the web services menu. If you have used
2397 a preset, then it will be mentioned at the beginning of the job status file shown
2398 in the web service job progress window.
2399
2400 \subsection{User Defined Presets}
2401 Jalview allows you to create your own presets for a particular service. To do
2402 this, select the `{\sl Edit settings and run ...}' option for your service,
2403 which will open a parameter editing dialog box like the one shown in Figure
2404 \ref{jwsparamsdialog}.
2405
2406 The top row of this dialog allows you to browse the existing presets, and
2407 when editing a parameter set, allows you to change its nickname. As you
2408 adjust settings, buttons will appear at the top of the parameters dialog that
2409 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
2410 description for the parameter set, which will be shown in the tooltip for the
2411 parameter set's entry in the web services menu.
2412
2413 \subsubsection{Saving Parameter Sets}
2414 When creating a custom parameter set, you will be asked for a file name to save
2415 it. The location of the file is recorded in the Jalview user preferences in the
2416 same way as a custom alignment colourscheme, so when Jalview is launched again,
2417 it will show your custom preset amongst the options available for running the
2418 JABA service.
2419
2420
2421 % \exercise{Creating and using user defined presets}{\label{createandusepreseex}
2422 % \exstep{Import the file at
2423 % \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/fdx\_unaligned.fa} into jalview.}
2424 % \exstep{Use the `{\slDiscover Database Ids}' function to recover the PDB cross
2425 % references for the sequences.}
2426 % \exstep{Align the sequences using the default ClustalW parameters.}
2427 % \exstep{Use the `{\sl Edit and run..}'
2428 % option to open the ClustalW parameters dialog box, and create a new preset using
2429 % the following settings:
2430 % \begin{list}{$\bullet$}{}
2431 % \item BLOSUM matrix (unchanged)
2432 % \item Gap Opening and End Gap penalties = 0.05
2433 % \item Gap Extension and Separation penalties = 0.05
2434 % \end{list}
2435
2436 % As you edit the parameters, buttons will appear on the dialog box
2437 % allowing you revert your changes or save your settings as a new parameter
2438 % set.
2439
2440 % Before you save your settings, remeber to give them a meaningful name by editing
2441 % the text box at the top of the dialog box.
2442 % }
2443 % \exstep{Repeat the alignment using your new parameter set by selecting it from
2444 % the {\sl ClustalW Presets menu}.} 
2445 % \exstep{These sequences have PDB structures associated with them, so it is
2446 % possible to compare the quality of the alignments.
2447
2448 % Use the {\sl View all {\bf N}
2449 % structures} option to calculate the superposition of 1fdn on 1fxd for both
2450 % alignments (refer to section \ref{superposestructs} for instructions). Which
2451 % alignment gives the best RMSD ? }
2452 % \exstep{Apply the same alignment parameter settings to the example alignment
2453 % (available from \textsf{http://www.jalview.org/examples/uniref50.fa}). 
2454
2455 % Are there differences ? If not, why not ?
2456 % }
2457 % }
2458
2459 \section{Protein Alignment Conservation Analysis}
2460 \label{aacons}
2461 The {\sl Web Service $\Rightarrow$ Conservation} menu controls the computation
2462 of up to 17 different amino acid conservation measures for the current alignment
2463 view. The JABAWS AACon Alignment Conservation Calculation Service, which is used
2464 to calculate these scores, provides a variety of standard measures described by
2465 Valdar in 2002\footnote{Scoring residue conservation. Valdar (2002) {\sl
2466 Proteins: Structure, Function, and Genetics} {\bf 43} 227-241.} as well as an efficient implementation of the SMERFs
2467 score developed by Manning et al. in 2008.\footnote{SMERFS Score Manning et al. {\sl BMC
2468 Bioinformatics} 2008, {\bf 9} 51 \href{http://dx.doi.org/10.1186/1471-2105-9-51}{doi:10.1186/1471-2105-9-51}}
2469
2470 \subsection{Enabling and Disabling AACon Calculations}
2471 When the AACon Calculation entry in the {\sl Web Service $\Rightarrow$
2472 Conservation} menu is ticked, AACon calculations will be performed every time
2473 the alignment is modified. Selecting the menu item will enable or disable
2474 automatic recalculation.
2475
2476 \subsection{Configuring which AACon Calculations are Performed}
2477 The {\sl Web Service $\Rightarrow$ Conservation $\Rightarrow$ Change AACon
2478 Settings ...} menu entry will open a web services parameter dialog for the
2479 currently configured AACon server. Standard presets are provided for quick and
2480 more expensive conservation calculations, and parameters are also provided to
2481 change the way that SMERFS calculations are performed.
2482 AACon settings for an alignment are saved in Jalview projects along with the
2483 latest calculation results.
2484
2485 \subsection{Changing the Server used for AACon Calculations}
2486 If you are working with alignments too large to analyse with the public JABAWS
2487 server, then you will most likely have already configured additional JABAWS
2488 servers. By default, Jalview will chose the first AACon service available from
2489 the list of JABAWS servers available. If available, you can switch to use
2490 another AACon service by selecting it from the {\sl Web Service $\Rightarrow$
2491 Conservation $\Rightarrow$ Switch Server} submenu.
2492
2493 \chapter{Analysis of Alignments}
2494 \label{alignanalysis}
2495 Jalview provides support for sequence analysis in two ways. A number of
2496 analytical methods are `built-in', these are accessed from the {\sl Calculate}
2497 alignment window menu. Computationally intensive analyses are run outside
2498 Jalview {\sl via} web services - and found under the
2499 {\sl Web Service} menu. In this section, we describe the built-in analysis
2500 capabilities common to both the Jalview Desktop and the JalviewLite applet.
2501  
2502 \section{PCA}
2503 Principal components analysis calculations create a spatial
2504 representation of the similarities within the current selection or the whole alignment if no selection has been made. After
2505 the calculation finishes, a 3D viewer displays each sequence as a point in
2506 3D `similarity space'. Sets of similar sequences tend to lie near each other in
2507 this space.
2508 Note: The calculation is computationally expensive, and may fail for very large
2509 sets of sequences - because the JVM has run out of memory. Memory issues, and
2510 how to overcome them, were discussed in Section \ref{memorylimits}.
2511
2512 \subsubsection{What is PCA?}
2513 Principal components analysis is a technique for examining the structure of
2514 complex data sets. The components are a set of dimensions formed from the
2515 measured values in the data set, and the principal component is the one with the
2516 greatest magnitude, or length. The sets of measurements that differ the most
2517 should lie at either end of this principal axis, and the other axes correspond
2518 to less extreme patterns of variation in the data set.
2519 In this case, the components are generated by an eigenvector decomposition of
2520 the matrix formed from the sum of pairwise substitution scores at each aligned
2521 position between each pair of sequences. The basic method is described in the
2522 1995 paper by {\sl G. Casari, C. Sander} and {\sl A. Valencia} \footnote{{\sl
2523 Nature Structural Biology} (1995) {\bf 2}, 171-8.
2524 PMID: 7749921} and implemented at the SeqSpace server at the EBI.
2525
2526 Jalview provides two different options for the PCA calculation: SeqSpace and
2527 Jalview mode. In SeqSpace mode, PCAs are computed using the identity matrix, and
2528 gaps are treated as 'the unknown residue' (this actually differs from the
2529 original SeqSpace paper, and will be adjusted in a future version of Jalview).
2530 In Jalview mode, PCAs are computed using the chosen score matrix - which for
2531 protein sequences, defaults to BLOSUM 62, and for nucleotides, is the
2532 DNA identity matrix that also treats Us and Ts as identical, to support analysis
2533 of both RNA and DNA alignments. The {\sl Change Parameters} allows the
2534 calculation method and score models to be changed.\footnote{See
2535 \url{http://www.jalview.org/help/html/calculations/pca.html}.}
2536
2537 \subsubsection{The PCA Viewer}
2538
2539 PCA analysis can be launched from the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Principal
2540 Component Analysis} menu option. {\bf PCA requires a selection containing at
2541 least 4 sequences}.  A window opens containing the PCA tool (Figure \ref{PCA}).
2542 Each sequence is represented by a small square, coloured by the background
2543 colour of the sequence ID label. The axes can be rotated by clicking and
2544 dragging the left mouse button and zoomed using the $\uparrow$ and $\downarrow$
2545 keys or the scroll wheel of the mouse (if available).  A tool tip appears if the
2546 cursor is placed over a sequence. Sequences can be selected by clicking on them.
2547 [CTRL]-Click can be used to select multiple sequences.
2548
2549 Labels will be shown for each sequence by toggling the {\sl View $\Rightarrow$
2550 Show Labels} menu option, and the plot background colour changed {\sl via} the
2551 {\sl View $\Rightarrow$ Background Colour..} dialog box. A graphical
2552 representation of the PCA plot can be exported as an EPS or PNG image {\sl via}
2553 the {\sl File $\Rightarrow$ Save As $\Rightarrow$ \ldots } submenu.
2554
2555 \exercise{Principal Component Analysis}
2556 { \exstep{Load the alignment at
2557 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}.}
2558 \exstep{Select the menu option {\sl Calculate $\Rightarrow$ Principal Component
2559 Analysis}.
2560 A new window will open. Move this window within the desktop so that the tree,
2561 alignment and PCA viewer windows are all visible.
2562 Try rotating the plot by clicking and dragging the mouse on the plot in the PCA window.
2563 Note that clicking on points in the plot will highlight the sequences on the
2564 alignment.
2565 } \exstep{ Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$
2566 Neighbour Joining Using BLOSUM62}. A new tree window will appear.
2567 Place the mouse cursor on the tree window so that the
2568 tree partition location will divide the alignment into a number of groups, each of a different colour.
2569 Note how the colour of the sequence ID label matches both the colour of
2570 the partitioned tree and the points in the PCA plot.} 
2571 {\bf See the video at:
2572 \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
2573 }
2574
2575 \begin{figure}[hbtp]
2576 \begin{center}
2577 \includegraphics[width=2in]{images/PCA1.pdf}
2578 \includegraphics[width=3in]{images/PCA3.pdf}
2579 \caption{{\bf PCA Analysis.} }
2580 \label{PCA}
2581 \end{center}
2582 \end{figure}
2583
2584
2585
2586 \subsubsection{PCA Data Export}
2587 Although the PCA viewer supports export of the current view, the plots produced
2588 are rarely suitable for direct publication. The PCA viewer's {\sl File} menu
2589 includes a number of options for exporting the PCA matrix and transformed points
2590 as comma separated value (CSV) files. These files can be imported by tools such
2591 as {\bf R} or {\bf gnuplot} in order to graph the data.
2592
2593 \section{Trees}
2594 \label{trees}
2595 Jalview can calculate and display trees, providing interactive tree-based
2596 grouping of sequences though a tree viewer. All trees are calculated {\sl via}
2597 the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ \ldots} submenu.
2598 Trees can be calculated from distance matrices determined from \% identity or
2599 aggregate BLOSUM 62 score using either {\sl Average Distance} (UPGMA) or {\sl
2600 Neighbour Joining} algorithms. The input data for a tree is either the selected
2601 region or the whole alignment, excluding any hidden regions.
2602
2603 On calculating a tree, a new window opens (Figure \ref{trees1}) which contains
2604 the tree. Various display settings can be found in the tree window {\sl View}
2605 menu, including font, scaling and label display options. The {\sl File
2606 $\Rightarrow$ Save As} submenu contains options for image and Newick file
2607 export. Newick format is a standard file format for trees which allows them to
2608 be exported to other programs.  Jalview can also read in external trees in
2609 Newick format {\sl via} the {\sl File $\Rightarrow$ Load Associated Tree} menu
2610 option. Leaf names on imported trees will be matched to the associated alignment
2611 - unmatched leaves will still be displayed, and can be highlighted using the
2612 {\sl View $\Rightarrow$ Mark Unlinked Leaves} menu option.
2613
2614
2615 \begin{figure}
2616 \begin{center}
2617 \includegraphics[width=2.5in]{images/trees1.pdf}
2618 \includegraphics[width=2.5in]{images/trees2.pdf}
2619 \includegraphics[width=1.25in]{images/trees4.pdf}
2620 \caption{{\bf Calculating Trees} Jalview provides a range of options 
2621 for calculating trees.
2622 Jalview can also load precalculated trees in Newick format (right).}
2623 \label{trees1}
2624 \end{center}
2625 \end{figure}
2626
2627
2628 Clicking on the tree brings up a cursor across the height of the tree. The
2629 sequences are automatically partitioned and coloured (Figure \ref{trees2}). To
2630 group them together, select the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Sort $\Rightarrow$
2631 By Tree Order $\Rightarrow$ \ldots} alignment window menu option and choose the
2632 correct tree. The sequences will then be sorted according to the leaf order
2633 currently shown in the tree view. The coloured background to the sequence IDs
2634 can be removed with {\sl Select $\Rightarrow$ Undefine Groups} from the
2635 alignment window menu. Note that tree partitioning will also remove any groups
2636 and colourschemes on a view, so create a new view ([CTRL-T]) if you wish to
2637 preserve these.
2638
2639 \begin{figure}
2640 \begin{center}
2641 \includegraphics[width=5in]{images/trees3.pdf}
2642 \caption{{\bf Interactive Trees} The tree level cutoff can be used to designate
2643 groups in Jalview.}
2644 \label{trees2}
2645 \end{center}
2646 \end{figure}
2647
2648 %\subsubsection{Multiple Views and Input Data recovery from PCA and Tree Viewers}
2649 % move to ch. 3 ?
2650 %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.
2651
2652 \subsubsection{Recovering input Data for a Tree or PCA Plot Calculation}
2653 \parbox[c]{5in}{
2654 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. 
2655 }
2656 \parbox[c]{1.25in}{\centerline{\includegraphics[width=1.25in]{images/pca_fmenu.pdf}
2657 }}
2658
2659 \subsubsection{Changing the associated View for a Tree or PCA Viewer}
2660 \parbox[c]{4in}{
2661 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. 
2662 } \parbox[c]{3in}{\centerline{
2663 \includegraphics[width=2.5in]{images/pca_vmenu.pdf} }}
2664
2665 \subsection{Tree Based Conservation Analysis}
2666 \label{treeconsanaly}
2667
2668 Trees reflect the pattern of global sequence similarity exhibited by the
2669 alignment, or region within the alignment, that was used for their calculation.
2670 The Jalview tree viewer enables sequences to be partitioned into groups based
2671 on the tree. This is done by clicking within the tree viewer window. Once subdivided, the
2672 conservation between and within groups can be visually compared in order to
2673 better understand the pattern of similarity revealed by the tree and the
2674 variation within the clades partitioned by the grouping. The conservation based
2675 colourschemes and the group associated conservation and consensus annotation
2676 (enabled using the alignment window's {\sl View $\Rightarrow$ Autocalculated
2677 Annotation $\Rightarrow$ Group Conservation} and {\sl Group Consensus} options)
2678 can help when working with larger alignments.
2679
2680 \exercise{Trees}
2681 {Ensure that you have at least 1G memory available in Jalview.
2682
2683 {\sl (Start with link:
2684 \href{http://www.jalview.org/services/launchApp?jvm-max-heap=1G}{http://www.jalview.org/services/launchApp?jvm-max-heap=1G},
2685 or in the Development section of the Jalview web site
2686 (\href{http://www.jalview.org/development/development-builds}{http://www.jalview.org/development/development-builds})
2687 in the table, go to ``latest official build'' row and ``Webstart'' column, click
2688 on ``2G''.)}
2689
2690 \exstep{Open the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. 
2691 Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ Neighbour
2692 Joining Using BLOSUM62}. A tree window opens.} 
2693 \exstep{Click on the
2694 tree window, a cursor will appear. Note that placing this cursor divides the tree into a number of groups by colour.
2695 Place the cursor to give about 4 groups.}
2696 \exstep{In the alignment window, select
2697 {\sl Calculate $\Rightarrow$ Sort $\Rightarrow$ By Tree Order $\Rightarrow$ Neighbour Joining Tree using BLOSUM62 from... }. The sequences are 
2698 reordered to match the order in the tree and groups are formed implicitly.
2699 Alternatively in the tree window, select {\sl View $\Rightarrow$ Sort Alignment
2700 by Tree}.} 
2701 \exstep{Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree
2702 $\Rightarrow$ Neighbour Joining Using \% Identity}. A new tree window will
2703 appear. The group colouring makes it easy to see the differences between the two
2704 trees calculated by the different methods.}
2705 \exstep{Select from sequence 2
2706 column 60 to sequence 12 column 123. Select  {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ Neighbour Joining Using BLOSUM62}.
2707  A new tree window will appear. The tree contains 11 sequences. It has been coloured according to the already
2708  selected groups from the first tree and is calculated purely from the residues
2709  in the selection.}
2710
2711 Comparing the location of individual sequences between the three trees illustrates the importance of selecting appropriate regions of the 
2712 alignment for the calculation of trees.
2713
2714 {\bf See the video at:
2715 \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
2716 }
2717
2718 \exercise{Pad Gaps in an Alignment}{
2719 \exstep{Open the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. In alignment window, ensure that the {\sl Edit $\Rightarrow$
2720 Pad Gaps } option is {\sl not} ticked, and insert one gap anywhere in the
2721 alignment.}
2722 \exstep{Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$
2723 Neighbour Joining Using BLOSUM62}.
2724
2725 A warning dialog box {\bf ``Sequences not aligned'' } appears because the sequences input to the tree calculation are of different lengths. }
2726
2727 \exstep{Select {\sl Edit $\Rightarrow$ tick Pad Gaps } and perform the
2728 tree calculation again. This time a new tree should appear - because padding
2729 gaps ensures all the sequences are the same length after editing.}
2730 {\sl Pad Gaps } option
2731 can be set in Preferences using
2732 {\sl Tool $\Rightarrow$ Preference $\Rightarrow$ Editing}.
2733
2734 {\bf See the video at:
2735 \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
2736 }
2737
2738 \exercise{Tree Based Conservation Analysis}{
2739 \label{consanalyexerc}
2740 \exstep{Load the PF03460 PFAM seed alignment using the sequence fetcher. 
2741 Select {\sl Colour $\Rightarrow$ Taylor $\Rightarrow$ By Conservation}, set {\sl Conservation} shading threshold at around 20. }
2742 \exstep{Build a Neighbour joining tree using Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$
2743 Neighbour Joining Using BLOSUM62}.}
2744 \exstep{Use the mouse cursor to select a point on the tree to partition the
2745 alignment into several sections.}
2746 \exstep {Select {\sl View $\Rightarrow$ Sort Alignment By Tree} option in the
2747 tree window to re-order the sequences in the alignment using the calculated
2748 tree.
2749 Examine the variation in colouring between different groups of sequences in the alignment
2750 window. }
2751 \exstep {You may find it easier to browse the alignment if you first uncheck the
2752 {\sl Annotations $\Rightarrow$ Show Annotations} option. Open the
2753 Overview Window within the View menu to aid navigation.}
2754
2755 \exstep{Try changing the colourscheme of the residues in the alignment to
2756 BLOSUM62 (whilst ensuring that {\sl Apply Colour to All Groups} is selected).}
2757 {\sl Note: You may want to save the alignment and tree as a project file, since
2758 it is used in the next set of exercises. }
2759
2760 {\bf See the video at:
2761 \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
2762 }
2763
2764
2765 \subsection{Redundancy Removal}
2766
2767 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.}.
2768 \begin{figure}
2769 \begin{center}
2770 \includegraphics[width=5.5in]{images/redundancy.pdf}
2771 \end{center}
2772 \label{removeredundancydialog}
2773 \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.}
2774 \end{figure}
2775
2776
2777 \subsection{Subdividing the Alignment According to Specific Mutations}
2778
2779 It is often necessary to explore variations in an alignment that may correlate
2780 with mutations observed in a particular region; for example, sites exhibiting
2781 single nucleotide polymorphism, or residues involved in substrate recognition in
2782 an enzyme. One way to do this would be to calculate a tree using the specific
2783 region, and subdivide it in order to partition the alignment.
2784 However, calculating a tree can be slow for large alignments, and the tree may
2785 be difficult to partition when complex mutation patterns are being analysed. The
2786 {\sl Select $\Rightarrow$ Make groups for selection } function was introduced to
2787 make this kind of analysis easier. When selected, it will use the characters in
2788 the currently selected region to subdivide the alignment. For example, if a
2789 single column is selected, then the alignment (or each group defined on the
2790 alignment) will be divided into groups based on the residue or nucleotide found
2791 at that position. These new groups are annotated with the characters in the
2792 selected region, and Jalview's group based conservation analysis annotation and
2793 colourschemes can then be used to reveal any associated pattern of sequence
2794 variation across the whole alignment.
2795
2796
2797 % These annotations can be hidden and deleted via the context menu linked to the
2798 % annotation row; but they are only created on loading an alignment. If they are
2799 % deleted then the alignment should be saved and then reloaded to restore them.
2800 % Jalview provides a toggle to autocalculate a consensus sequence upon editing.
2801 % This is normally selected by default, but can be turned off for large alignments {\sl via} the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Autocalculate
2802 % Consensus} menu option if the interface is too slow.
2803
2804 % \subsubsection{Group Associated Annotation}
2805 % \label{groupassocannotation}
2806 % Group associated consensus and conservation annotation rows reflect the
2807 % sequence variation within a particular group. Their calculation is enabled
2808 % by selecting the {\sl Group Conservation} or {\sl Group Consensus} options in
2809 % the {\sl Annotation $\Rightarrow$ Autocalculated Annotation } submenu of the
2810 % alignment window. 
2811
2812 % \subsubsection{Alignment and Group Sequence Logos}
2813 % \label{seqlogos}
2814
2815 % The consensus annotation row that is shown below the alignment can be overlaid
2816 % with a sequence logo that reflects the symbol distribution at each column of
2817 % the alignment. Right click on the Consensus annotation row and select the {\sl
2818 % Show Logo} option to display the Consensus profile for the group or alignment.
2819 % Sequence logos can be enabled by default for all new alignments {\sl via} the
2820 % Visual tab in the Jalview desktop's preferences dialog box.
2821
2822 \section{Pairwise Alignments}
2823 Jalview can calculate optimal pairwise alignments between arbitrary 
2824 sequences {\sl via} the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Pairwise Alignments\ldots} menu option. 
2825 Global alignments of all pairwise combinations of the selected sequences are performed and the results returned in a text box.
2826
2827
2828
2829 \exercise{Remove Redundant Sequences}{
2830
2831 \exstep{Using the alignment generated in the previous exercise (exercise
2832 \ref{consanalyexerc}).
2833 In the alignment window, you may need to deselect groups using Esc key.}
2834
2835 \exstep{In the {\sl Edit} menu select {\sl Remove Redundancy} to open the
2836 Redundancy threshold selection dialog. Adjust the redundancy threshold value, start
2837 at 50 and increase the value to 65. Sequences selected will change colour in the Sequence ID panel. Select ``Remove'' to
2838 remove the sequences that are more than 65\% similar under this alignment.}
2839
2840 \exstep{From the tree window, select {\sl View $\Rightarrow$
2841 Mark Unlinked Leaves} option, and note that the removed sequences are now prefixed with a * in the tree view.} \exstep{Use the [Undo] button in the Redundancy threshold selection dialog box
2842 to recover the sequences. Note that the * symbols disappear from the tree display.}
2843 \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.}
2844 }
2845
2846 \exercise{Group Conservation Analysis}{
2847 \exstep{Re-use or recreate the alignment and tree which you worked with in the
2848 tree based conservation analysis exercise (exercise \ref{consanalyexerc}).} 
2849 \exstep{In the {\sl View} menu in the alignment window, select {\sl New View} to
2850 create a new view. Ensure the annotation panel is displayed ({\sl Show annotation} in {\sl Annotations} menu). Enable the
2851 display of {\sl Group Consensus} option by checking {\sl Group Consensus} in the {\sl Annotation $\Rightarrow$
2852 Autocalculated Annotation } submenu in the alignment window.}
2853 \exstep{Displaying the sequence 
2854 logos will make it easier to see the different residue populations within each
2855 group. Activate the logo by right clicking on the Consensus annotation row to
2856 open the context menu and select the {\sl Show Logo} option.} 
2857 \exstep{In the column alignment ruler, select a column exhibiting about 50\%
2858 conservation that lies within the central conserved region of the alignment.
2859 (Column 74 is used in \href{https://youtu.be/m-PjynicXRg}{the Tree video}).} 
2860 \exstep{Subdivide the alignment
2861 according to this selection using {\sl Select $\Rightarrow$ Make groups for selection}.}
2862 \exstep{Re-order the alignment according to the new groups that have been
2863 defined by selecting {\sl Calculate $\Rightarrow$ Sort $\Rightarrow$
2864 By Group}.
2865
2866 Click on the group annotation row IDs to select groups exhibiting a
2867 specific mutation.}
2868 \exstep{Select another column exhibiting about 50\% conservation
2869 overall, and subdivide the alignment further. Note that the new groups
2870 inherit the names of the original groups, allowing you to identify the
2871 combination of mutations that resulted in the subdivision.}
2872 \exstep{Clear the groups, and try to subdivide the alignment using two
2873 non-adjacent columns.
2874
2875 {\sl Hint: You may need to hide the intervening columns before you can select
2876 both of the columns that you wish to use to subdivide the alignment.}}
2877 \exstep{Switch back to the original view, and experiment with subdividing
2878 the tree groups made in the previous exercise.}
2879 {\bf See the video at:
2880 \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
2881 }
2882
2883 \begin{figure}[]
2884 \begin{center}
2885 \includegraphics[width=4in]{images/pairwise.pdf}
2886 \caption{{\bf Pairwise alignment of sequences.} Pairwise alignments of three selected sequences are shown in a textbox.}
2887 \label{pairwise}
2888 \end{center}
2889 \end{figure}
2890
2891
2892 % To review, Chapter \ref{featannot} describes the mechanisms provided by
2893 % Jalview for interactive creation of sequence and alignment annotation, and how
2894 % they can be displayed, imported and exported and used to reorder the alignment. Chapter
2895 % \ref{featuresfromdb} discusses the retrieval of database references and
2896 % establishment of sequence coordinate systems for the retrieval and display of
2897 % features from databases and DAS annotation services.
2898 % Chapter \ref{msaservices} describes how to use the range of multiple alignment
2899 % programs provided by JABAWS, and Chapter \ref{aacons} introduces JABAWS AACon
2900 % service for protein multiple alignment conservation analysis.
2901 %  In Chapter \ref{alignanalysis}, you will find
2902 % descriptions and exercises on building and displaying trees, PCA analysis,
2903 % alignment redundancy removal, pairwise alignments and alignment conservation
2904 % analysis. 
2905 % Chapter \ref{wkwithstructure} introduces the structure visualization
2906 % capabilities of Jalview.
2907 % Chapter \ref{protsspredservices} explains how to perform protein secondary
2908 % structure predictions with JPred, and JABAWS protein disorder prediction
2909 % services are introduced in Chapter \ref{protdisorderpred}.
2910 % Chapter \ref{workingwithnuc} describes functions and visualization techniques
2911 % relevant to working with nucleotide sequences, coding region annotation and nucleotide
2912 % sequence alignments.
2913 % Chapter \ref{jvwebservices} introduces the various web based services
2914 % available to Jalview users, and Chapter \ref{jabaservices} explains how to
2915 % configure the Jalview Desktop for access to new JABAWS servers.
2916
2917
2918 % and Section \ref{workingwithrna} covers the visualization,
2919 % editing and analysis of RNA secondary structure.
2920
2921 \chapter{Working with 3D structures}
2922 \label{3Dstructure}
2923 \label{wkwithstructure}
2924 Jalview facilitates the use of 3D structure data for the analysis of alignments
2925 by providing a linked view of structures associated with the aligned sequences.
2926 It also allows sequence, secondary structure and B-factor data to be imported
2927 from structure files, and supports the use of the EMBL-EBI's SIFTS database to
2928 construct accurate mappings between UniProt protein sequences and structures
2929 retrieved from the PDB.
2930
2931 \section{Molecular graphics systems supported by Jalview}
2932 Jalview can interactively view 3D structure using Jmol, a Java based molecular
2933 viewing program\footnote{See the Jmol homepage \url{http://www.jmol.org} for
2934 more information.} integrated with Jalview.\footnote{Earlier
2935 versions of Jalview included MCView - a simple main chain structure viewer.
2936 Structures are visualized as an alpha carbon trace and can be viewed, rotated
2937 and coloured using the sequence alignment.} It also supports the use of UCSF
2938 Chimera, a powerful molecular graphics system that needs separate installation.
2939 Jalview can also read PDB and mmCIF format files directly to extract sequences
2940 and secondary structure information, and retrieve records from the European
2941 Protein Databank (PDBe) using the Sequence Fetcher (see \ref{fetchseq}).
2942
2943 \subsection{Configuring the default structure viewer}
2944 \label{configuring3dviewer}
2945 To configure which viewer is used when creating a new
2946 structure view, open the Structures preferences window {\sl via} {\sl Tools $\Rightarrow$ Preferences\ldots} and
2947 select either JMOL or CHIMERA as the default viewer. If you select Chimera,
2948 Jalview will search for the installed program, and if it cannot be found,
2949 you will be prompted to locate the Chimera binary, or alternately, open the UCSF
2950 Chimera download page to obtain the software.
2951
2952 \section{Automatic Association of PDB Structures with Sequences}
2953 Jalview will attempt to automatically determine which structures are associated
2954 with a sequence via its ID, and any associated database references. To do this
2955 for a particular sequence or the current selection, open the Sequence ID popup
2956 menu and select {\sl View 3D Structure}, to open the 3D Structure Chooser. 
2957 %(Figure\ref{auto}). 
2958
2959 When the structure chooser is first opened, if no database identifiers are
2960 available, Jalview will automatically perform a database reference
2961 retrieval (See \ref{fetchdbrefs}) to discover identifiers for the
2962 sequences to use to search the PDB. This can take a
2963 few seconds for each sequence and will be performed for all selected
2964 sequences.\footnote{After this is done, you can can see the added database
2965 references in a tool tip by mousing over the sequence ID. You can use the {\sl
2966 View $\Rightarrow$ Sequence ID Tooltip $\Rightarrow$ Show Db References }
2967 submenu option to enable or disable these data in the tooltip.}
2968
2969 Once the retrieval has finished, the structure chooser dialog will show any
2970 available PDB entries for the selected sequences.
2971
2972
2973 % \begin{figure}[htbp]
2974 % \begin{center}
2975 % %TODO fix formatting
2976 % \begin{center} 
2977 % \includegraphics[width=3.5in]{images/pdbstructurechooser.pdf}
2978 % \end{center}
2979
2980
2981 % \caption{{\bf The PDB Structure Chooser dialog.} }
2982 % \label{auto}
2983 % \end{center}
2984 % \end{figure}
2985
2986 \subsection{Drag-and-Drop Association of PDB Files with Sequences by Filename
2987 Match}
2988 \label{multipdbfileassoc}
2989 If you have PDB files stored on your computer named the same way as the
2990 sequences in the alignment, then you can drag them from their location on the
2991 file browser onto an alignment window. Jalview will search the alignment for
2992 sequences with IDs that match any of the files, and offer a dialog like the one
2993 in Figure \ref{multipdbfileassocfig}.
2994
2995 If no associations are made, then sequences extracted
2996 from the structure will be simply added to the alignment. However, if only
2997 some of the PDB files are associated, Jalview will raise another dialog box
2998 giving you the option to add any remaining sequences from the PDB structure files not present in
2999 the alignment. This allows you to easily decorate sequences in a newly imported
3000 alignment with any corresponding structures you've already collected in a directory
3001 accessible from your computer.\footnote{We plan to extend this facility in
3002 future so Jalview will automatically search for PDB files matching your
3003 sequence within a local directory. Check out 
3004 \href{http://issues.jalview.org/browse/JAL-801}{Jalview issue 801}}
3005
3006 After associating sequences with PDB files, you can view the PDB structures by
3007 opening the Sequence ID popup
3008 menu and selecting {\sl View 3D Structure}. The PDB files you loaded will be
3009 shown in the {\bf Cached Structures} view, after selecting it from the drop down
3010 menu in the dialog box. 
3011
3012 % 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 ...
3013 % JBP: yes there is - under 'Discovery of ' subsection.
3014 \begin{figure}[htbp]
3015 \begin{center}
3016 \includegraphics[]{images/pdbdragdropassoc.pdf}
3017
3018 \caption{{\bf Associating PDB files with sequences by drag-and-drop.} Dragging
3019 PDB files onto an alignment of sequences with names matching the dragged files
3020 names (A), results in a dialog box (B) that gives the option to associate each
3021 file with any sequences with matching IDs. }
3022 \label{multipdbfileassocfig}
3023 \end{center}
3024 \end{figure}
3025
3026
3027 \section{Viewing Structures}
3028 \label{structurechooser}
3029 The structure viewer is launched via the Sequence ID context
3030 menu. To view structures associated with a sequence or a selected set of
3031 sequences in the alignment, simply right click the mouse to open the context
3032 menu, and select {\sl 3D Structure data \ldots} to open the Structure Chooser
3033 dialog box. 
3034
3035 If any of
3036 the {\bf currently selected} sequences have structures in the PDB, 
3037 they will appear in the Structure Chooser dialog box. The structures can be ranked by
3038 different parameters, but are by default ordered according to their PDB
3039 quality score. 
3040
3041 To view one or more structures, simply click {\sl
3042 View} to open a structure viewer containing the structures selected in the
3043 dialog. If several structures were picked, these will be shown
3044 superposed according to the alignment.
3045 You may find Jalview has already picked the best structure - using one of the
3046 criteria shown in the dropdown menu (e.g. 'Best Quality', which is picked by
3047 default). However, you are free to select your own.
3048
3049 The structure(s) to be displayed will be downloaded or loaded from
3050 the local file system, and shown as a ribbon diagram coloured according to the
3051 associated sequence in the current alignment view (Figure \ref{structure}
3052 (right)). The structure can be rotated by clicking and dragging in the structure
3053 window. The structure can be zoomed using the mouse scroll wheel or by
3054 [SHIFT]-dragging the structure.
3055
3056 Moving the mouse cursor over a sequence to which the structure is linked in the
3057 alignment view highlights the respective residue's sidechain atoms. The
3058 sidechain highlight may be obscured by other parts of the molecule. Similarly,
3059 moving the cursor over the structure shows a tooltip and highlights the
3060 corresponding residue in the alignment. Clicking the alpha carbon or phosphorous
3061 backbone atom will toggle the highlight and residue label on and off. Often, the
3062 position highlighted in the sequence may not be in the visible portion of the
3063 current alignment view and the sliders will scroll automatically to show the
3064 position. If the alignment window's {\sl View $\Rightarrow$ Automatic Scrolling
3065 } option is not selected, however, then the automatic adjustment will be
3066 disabled for the current view.
3067
3068 \begin{figure}[htbp]
3069 \begin{center}
3070 \parbox{4in}{
3071 {\centering 
3072 \begin{center}
3073 \includegraphics[width=4in]{images/structure1.pdf}
3074 \end{center}
3075 }
3076 }
3077 \parbox{2.2in}{
3078 {\centering 
3079 \begin{center}
3080 \includegraphics[width=2.2in]{images/structure2.pdf}
3081 \end{center}
3082 }
3083 }
3084 \caption{{\bf Structure visualization} Structure viewers are launched from
3085 the 3D Structure chooser dialog (left). Jalview shows the displayed structures
3086 coloured according the alignment view (right). }
3087 \label{structure}
3088 \end{center}
3089 \end{figure}
3090
3091 \subsection{Customising Structure Display}
3092
3093 Structure display can be modified using the {\sl Colour} and {\sl View} menus
3094 in the structure viewer. The background colour can be modified by selecting the
3095 {\sl Colours $\Rightarrow$ Background Colour\ldots} option.
3096
3097 By default, the structure will be coloured in the same way as the associated
3098 sequence(s) in the alignment view from which it was launched. The structure can
3099 be coloured independently of the sequence by selecting an appropriate colour
3100 scheme from the {\sl Colours} menu. It can be coloured according to the
3101 alignment using the {\sl Colours $\Rightarrow$ By Sequence } option. The image
3102 in the structure viewer can be saved as an EPS or PNG with the {\sl File
3103 $\Rightarrow$ Save As $\Rightarrow$ \ldots} submenu, which also allows the raw
3104 data to be saved as PDB format. The mapping between the structure and the
3105 sequence (how well and which parts of the structure relate to the sequence) can
3106 be viewed with the {\sl File $\Rightarrow$ View Mapping} menu option.
3107
3108 \subsubsection{Using the Jmol Visualization Interface }
3109
3110 Jmol has a comprehensive set of selection and visualization functions that are
3111 accessed from the Jmol popup menu (by right-clicking in the Jmol window or by
3112 clicking the Jmol logo). Molecule colour and rendering style can be manipulated,
3113 and distance measurements and molecular surfaces can be added to the view. It
3114 also has its own ``Rasmol\footnote{See \url{http://www.rasmol.org}}-like'' scripting
3115 language, which is described elsewhere\footnote{Jmol Wiki:
3116 \url{http://wiki.jmol.org/index.php/Scripting}
3117
3118 Jmol Scripting reference:
3119 \url{http://www.stolaf.edu/academics/chemapps/jmol/docs/}}. Jalview utilises the
3120 scripting language to interact with Jmol and to store the state of a Jmol
3121 visualization within Jalview archives, in addition to the PDB data file
3122 originally loaded or retrieved by Jalview. To access the Jmol scripting
3123 environment directly, use the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Console} menu option.
3124
3125 If you would prefer to use Jmol to manage structure colours, then select the
3126 {\sl Colours $\Rightarrow$ Colour with Jmol} option. This will disable any
3127 automatic application of colour schemes when new structure data is added, or
3128 when associated alignment views are modified.
3129
3130 \exercise{Viewing Structures with the integrated Jmol
3131 Viewer}{\label{viewingstructex} \exstep{Load the alignment at
3132 \textsf{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}.}
3133 \exstep{Right-click on the
3134 sequence ID label of {\sl FER1\_SPIOL} to open
3135 the ID popup menu and select {\sl 3D Structure}. After a short pause, a
3136 Structure Chooser dialog will open for the sequence, listing available
3137 structure data from the PDB. Select { \sl 1A70} from the list and click {\sl
3138 View}.
3139
3140 {\sl The Structure Chooser dialog presents available PDB structures
3141 by querying the EMBL-EBI's PDBe web API. Extra information can be
3142 including in this window by checking boxes in the columns of the ``Customise Displayed Options'' tab}.
3143 % JBP Note: Bug JAL-1238 needs to be fixed ASAP
3144 }
3145 \exstep{By default the Jmol
3146 structure viewer opens in the Jalview desktop. Rotate the molecule by clicking
3147 and dragging in the structure viewing box.
3148 Zoom with the mouse scroll wheel. } 
3149 \exstep{Roll the
3150 mouse cursor along the {\sl FER1\_SPIOL} sequence in the alignment.
3151 Note that if a residue in the sequence maps to one in the structure, a label
3152 will appear next to that residue in the structure viewer.}
3153 \exstep{Move the mouse over the structure. In the Jmol viewer, placing the mouse over a
3154 part of the structure will bring up a tool tip indicating the name and number of that residue.
3155 In the alignment window, the corresponding residue in the sequence is
3156 highlighted in black.}
3157 \exstep{Clicking the alpha carbon toggles the highlight and residue label on and
3158 off.
3159 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. }
3160 \exstep{In the structure viewer menu, select {\sl Colours $\Rightarrow$ Background
3161 Colour\ldots} and choose a suitable colour.
3162 Press {\sl OK} to apply this.}
3163 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Save As $\Rightarrow$ PNG} and save the
3164 image. On your computer, view this with a suitable program. } 
3165 \exstep{Select
3166 {\sl File $\Rightarrow$ View Mapping} from the structure viewer menu.
3167 A new window opens showing the residue by residue alignment between the sequence and the structure.} 
3168 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Save $\Rightarrow$ PDB file} and choose a new filename to save the PDB file. 
3169 Once the file is saved, open the location in your file browser (or explorer
3170 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). 
3171 Verify that you can open and view the associated structure from the sequence ID
3172 context menu's {\sl 3D Structure } submenu in the new alignment window.}
3173
3174 \exstep{In the Jmol window, right click on the structure window and explore the
3175 menu options. Try to change the style of molecular display - for example by
3176 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.} 
3177 \exstep{In the alignment window, use the {\sl File $\Rightarrow$ Save As.. }
3178 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.
3179 Verify that the Jmol display is as it was when you just saved the file.}
3180 {\bf See the video at:
3181 \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
3182 }
3183
3184 \exercise{Setting Chimera as the default 3D Structure Viewer}{\label{viewingchimera} 
3185 Jalview supports molecular structure
3186 visualization using both Jmol and Chimera 3D viewers. Jmol is the default
3187 viewer, however Chimera can be set up as the default choice from Preferences.
3188
3189 \exstep{First, Chimera must be downloaded and installed on the computer.
3190 Chimera program is available on the UCSF web site \textsf{https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/download.html}.}
3191 \exstep{In the desktop menu, select {\sl Tool  $\Rightarrow$ Preferences}. In
3192 the ``{\sl
3193 Structure}'' tab set {\sl Default structure viewer} as {\sl
3194 Chimera}; then click {\sl OK}.} 
3195 \exstep{Close the Jalview program, from the
3196 {\sl Desktop menu} select {\sl Jalview $\Rightarrow$ Quit Jalview}. Then reopen
3197 Jalview, Chimera should open as the default viewer.}
3198 {\sl Note: The Jmol structure viewer sits within the Jalview desktop. However
3199 the Chimera structure viewer sits outside the Jalview desktop and a Chimera
3200 view window sits inside the Jalview desktop.}
3201
3202 {\bf See the video at: \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.} }
3203
3204 \subsection{Superimposing Structures}
3205 \label{superposestructs}
3206 Many comparative biomolecular analysis investigations aim to determine if the
3207 biochemical properties of a given molecule are significantly different to its
3208 homologues. When structure data is available, comparing the shapes of molecules
3209 by superimposing them enables substructure that may impart different behaviour
3210 to be quickly identified. The identification of optimal 3D superposition
3211 involves aligning 3D data rather than sequence symbols, but the result can
3212 still be represented as a sequence alignment, where columns indicate positions
3213 in each molecule that should be superposed to recreate the optimal 3D alignment.
3214
3215 Jalview can employ Jmol's 3D fitting routines\footnote{See
3216 \href{http://chemapps.stolaf.edu/jmol/docs/?ver=12.2$\#$compare}{http://chemapps.stolaf.edu/jmol/docs/?ver=12.2$\#$compare}
3217 for more information.} to recreate 3D structure superpositions based on the
3218 correspondences defined by one or more sequence alignments involving structures shown in the Jmol display. Superposition based on the currently displayed alignment view
3219  happens automatically if a
3220 structure is added to an existing Jmol display using 
3221 the {\sl 3D Structure } option in the Sequence ID popup menu to open the
3222 Structure Chooser dialog box.
3223 Select the structures required and select {\sl View}. A new Jmol view
3224 opens containing superposed structures if the current selection contains two or more sequences with associated
3225 structures.
3226
3227 \subsubsection{Obtaining the RMSD for a Superposition}
3228 The RMSD (Root Mean Square Deviation) is a measure of how similar the structures
3229 are when they are superimposed. Figure \ref{mstrucsuperposition} shows a
3230 superposition created during the course of Exercise \ref{superpositionex}. The
3231 parts of each molecule used to construct the superposition are rendered using
3232 the cartoon style, with other parts of the molecule drawn in wireframe. The Jmol
3233 console, which has been opened after the superposition was performed, shows the
3234 RMSD report for the superposition.
3235 Full information about the superposition is also reported on the Jalview
3236 console.\footnote{The Jalview Java Console is opened from {\sl Tools
3237 $\Rightarrow$ Java Console} option in the Desktop's menu bar} This output also
3238 includes the precise atom pairs used to superpose structures.
3239
3240 \subsubsection{Choosing which part of the Alignment is used for Structural
3241 Superposition} Jalview uses the visible part of each alignment view to define
3242 which parts of each molecule are to be superimposed. Hiding a column in a view
3243 used for superposition will remove that correspondence from the set, and will
3244 exclude it from the superposition and RMSD calculation.
3245 This allows the selection of specific parts of the alignment to be used for
3246 superposition. Only columns that define a complete set of correspondences for
3247 all structures will be used for structural superposition, and as a consequence,
3248 the RMSD values generated for each pair of structures superimposed can be
3249 directly compared.
3250
3251 In order to recompute a superposition after changing a view or editing the
3252 alignment, select the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Align Structures} menu option.
3253 The {\sl Jmol $\Rightarrow$ Superpose with ..} submenu allows you to choose which of the
3254 associated alignments and views are to be used to create the set of
3255 correspondences. This menu is useful when composing complex superpositions
3256 involving multi-domain and multi-chain complexes, when correspondences may be
3257 defined by more than one alignment.
3258
3259 Note that these menu options appear when you have two or more structures in one Jmol viewer.
3260
3261 \begin{figure}[htbp]
3262 \begin{center}
3263 \includegraphics[width=5.5in]{images/fdxsuperposition.pdf}
3264 \caption{{\bf Superposition of two ferredoxin structures.} The alignment on the
3265 left was used by Jalview to superpose structures associated with the
3266 FER1\_SPIOL and FER1\_MAIZE sequences in the alignment. Parts of each structure
3267 used for superposition are rendered as a cartoon, the remainder rendered in
3268 wireframe. The RMSD between corresponding positions in the structures before and
3269 after the superposition is shown in the Jmol console.}
3270 \label{mstrucsuperposition}
3271 \end{center}
3272 \end{figure}
3273
3274 \subsection{Colouring Structure Data Associated with Multiple Alignments and
3275 Views} Normally, the original view from which a particular structure view was
3276 opened will be the one used to colour structure data. If alignments involving
3277 sequences associated with structure data shown in a Jmol have multiple views, Jalview gives you full control
3278 over which alignment, or alignment view, is used to colour the structure
3279 display. Sequence-structure colouring associations are
3280 changed {\sl via} the {\sl View $\Rightarrow$ Colour by ..} menu, which lists all
3281 views associated with data shown in the embedded Jmol view. A tick is shown beside
3282 views currently used as colouring source, and moving the
3283 mouse over each view will bring it to the front of the alignment display,
3284 allowing you to browse available colour sources prior to selecting one. If the
3285 {\sl Select many views} option is selected, then multiple views can be selected as sources for colouring the
3286 structure data. {\sl Invert selection} and {\sl Select all views} options are also provided to quickly change between multi-view selections.
3287
3288 Note that the {\sl Select many views} option is useful if you have different
3289 views that colour different areas or domains of the alignment. This option is
3290 further explored in Section \ref{complexstructurecolours}.
3291
3292
3293 \exercise{Aligning Structures using the Ferredoxin
3294 Sequence Alignment}{\label{superpositionex}
3295
3296 \exstep{Continue with the Jalview project created in exercise
3297 \ref{viewingstructex}}
3298
3299 \exstep{Open the 3D Structure chooser dialog from the popup menu for FER1\_SPIOL
3300 by right-clicking its ID (CMD-click on Macs), and selecting {\sl $\Rightarrow$
3301 3D Structure Data \ldots } }
3302
3303 \exstep{Pick 1A70 from the Structure Chooser dialog, and click the {\bf View}
3304 button. Jalview will give you the option of aligning the
3305 structure to the one already open. To superimpose the structure associated with
3306 FER1\_MAIZE with the one associated with FER1\_SPIOL, press {\sl Yes}.
3307
3308 {\sl The Jmol view should update to show both structures, and one will be
3309 moved on to the other. If this doesn't happen, use the Align function in the
3310 Jmol submenu}.
3311 }
3312
3313 \exstep{Create a new view on the alignment, and hide all but columns 121
3314 through to 132 (you can do this via {\sl View $\Rightarrow$ Hide $\Rightarrow$
3315 All but selected region}).}
3316 \exstep{Select the newly created view in the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Superpose
3317 With } submenu, and then recompute the superposition with {\sl Jmol
3318 $\Rightarrow$ Align Structures}.
3319
3320 {\sl Note how the molecules shift position when superposed with only a small
3321 region of the alignment.}}
3322
3323 \exstep{Compare RMSDs obtained when superimposing molecules with
3324 columns 121-132 and with the whole alignment.}
3325
3326 \exstep{The RMSD report can be
3327 viewed by right clicking the mouse on Jmol window, and select {\sl
3328 Console} from the menu (if nothing is shown, recompute the superposition after
3329 displaying the console).
3330
3331 Which view do you think give the best 3D superposition, and why ?} }
3332
3333 \begin{figure}[htbp]
3334 \begin{center}
3335 \includegraphics[width=5.5in]{images/mviewstructurecol.pdf}
3336 \caption{{\bf Choosing a different view for colouring a structure display}
3337 Browsing the {\sl View $\Rightarrow$ Colour by ..} menu provides full control
3338 of which alignment view is used to colour structures when the {\sl Colours
3339 $\Rightarrow$ By Sequence} option is selected.}
3340 \label{mviewstructurecol}
3341 \end{center}
3342 \end{figure}
3343
3344 \subsubsection{Colouring Complexes}
3345 \label{complexstructurecolours}
3346 The ability to control which multiple alignment view is used to colour
3347 structural data is essential when working with data relating to
3348 multidomain biomolecules and complexes. 
3349
3350 In these situations, each chain identified in the structure may have a different
3351 evolutionary history, and a complete picture of functional variation can
3352 only be gained by integrating data from different alignments on the same
3353 structure view. An example of this is shown in Figure
3354 \ref{mviewalcomplex}, based on data from Song et. al.\footnote{Structure of
3355 DNMT1-DNA Complex Reveals a Role for Autoinhibition in Maintenance DNA Methylation. Jikui Song, Olga Rechkoblit, Timothy H. Bestor, and Dinshaw J. Patel.
3356 {\sl Science} 2011 {\bf 331} 1036-1040
3357 \href{http://www.sciencemag.org/content/331/6020/1036}{DOI:10.1126/science.1195380}}
3358
3359 \begin{figure}[htbp]
3360 \begin{center}
3361 \includegraphics[]{images/mchainstructureview.pdf}
3362 \caption{{\bf The biological assembly of Mouse DNA Methyltransferase-1 coloured
3363 by Pfam alignments for its major domains} Alignments for each domain within the
3364 Uniprot sequence DNMT1\_MOUSE have been used to visualise sequence conservation
3365 in each component of this protein-DNA complex. Instructions for recreating this figure are given in exercise \ref{dnmtcomplexex}. }
3366 \label{mviewalcomplex}
3367 \end{center}
3368 \end{figure}
3369
3370 \exercise{Colouring a Protein Complex to Explore Domain-Domain
3371 Interfaces}{\label{dnmtcomplexex}
3372
3373 \exstep{Download the PDB file at
3374 \textsf{\url{http://www.jalview.org/tutorial/DNMT1\_MOUSE.pdb}} to your desktop. 
3375 This is the biological unit for PDB ID 3pt6, as identified by the PDBe's PISA
3376 server.}
3377 \exstep{Launch the Jalview desktop and ensure you have at least 1G of
3378 free memory available.
3379
3380 {\sl See section \ref{memorylimits} for how to do this or click the following
3381 link:
3382
3383 \url{http://www.jalview.org/services/launchApp?jvm-max-heap=2G} }}
3384
3385 \exstep{Retrieve the following PFAM alignments from the {\bf PFAM (full)} source
3386 :
3387 PF02008 PF01426 PF00145 (enter all three - they
3388 will each be retrieved into their own alignment window).}
3389
3390 \exstep{Drag the URL or file of the structure you
3391 downloaded in step 1 onto one of the alignments to associate it with the mouse sequence in that Pfam domain family.}
3392
3393 \exstep{Use the Find dialog to locate every DNMT1\_MOUSE sequence in the
3394 alignment and for each one, open the Structure Chooser via the ID popup
3395 menu ({\sl $\Rightarrow$ 3D Structure Data }. Select the DNMT1\_MOUSE.pdb
3396 structure from the `Cached Structures' view, and click {\bf View}.
3397
3398 {\em Part of the newly opened structure will be coloured the same way as
3399 the associated DNMT1\_MOUSE sequence is in the alignment view.}
3400
3401 {\bf WARNING: do not select all sequences and open the Structure Chooser
3402 !} {\em This will cause Jalview to attempt to discover all structures for
3403 sequences in the alignment.}
3404 }
3405 \exstep{Repeat the previous two steps for each of the other
3406 alignments. In each case, after selecting the DNMT1\_MOUSE.pdb structure and
3407 hitting the `View' button on the Structure Chooser dialog, Jalview will ask if you wish to create
3408 a new Jmol view. Respond {\bf `Yes'} each time. This will ensure ensure each sequence
3409 fragment is associated with the {\bf same} Jmol view. }
3410
3411 \exstep{Pick a different
3412 colourscheme for each alignment, and use the {\sl Colour by ..} submenu to
3413 ensure they are all used to colour the complex shown in the Jmol window.
3414
3415 {\sl The different shading schemes will allow regions of strong physicochemical conservation are
3416 highlighted on the domains in the structure.}
3417 }
3418
3419 \exstep{The final step needed to reproduce the shading in Figure
3420 \ref{mviewalcomplex} is to use the {\sl Colour $\Rightarrow$ By
3421 Annotation\ldots } option in each alignment window to shade the alignment by the
3422 {\bf Conservation} annotation row (introduced in section
3423 \ref{colourbyannotation}).
3424
3425 Ensure that you first disable the {\sl View $\Rightarrow$ Show Features} menu
3426 option, or you may not see any colour changes in the associated structure.
3427
3428 {\sl Examine the regions strongly coloured at the interfaces betweeen each
3429 protein domain, and the DNA binding region. What do you think these patterns
3430 mean ? } }
3431 \exstep{Save your work as a Jalview project and verify that it can be opened
3432 again by starting another Jalview Desktop instance, and dragging the saved
3433 project into the desktop window.}
3434
3435 % {\sl Note: This exercise relies on new features introduced in Jalview 2.7. If
3436 % you notice any strange behaviour when trying out this exercise, it may be a
3437 % bug (see
3438 % \href{http://issues.jalview.org/browse/JAL-1008}{http://issues.jalview.org/browse/JAL-1008}
3439 % for one relating to highlighting of positions in the alignment window).}
3440 }
3441
3442 % TODO
3443 \chapter{Protein sequence analysis and structure prediction}
3444 \label{proteinprediction}
3445
3446 Many of Jalview's sequence feature and annotation capabilities were developed to
3447 allow the results of sequence based protein structure prediction methods to be
3448 visualised and explored. This chapter introduces services integrated with the
3449 Jalview Desktop for predicting protein secondary structure and protein disorder.
3450
3451 \section{Protein Secondary Structure Prediction}
3452 \label{protsspredservices}
3453 Protein secondary structure prediction is performed using the
3454 Jpred\footnote{{\sl ``The Jpred 3 Secondary Structure Prediction Server''} Cole,
3455 C., Barber, J. D. and Barton, G. J. (2008) {\sl Nucleic Acids Research} {\bf
3456 36}, (Web Server Issue) W197-W201
3457
3458 {\sl ``Jpred: A Consensus Secondary Structure Prediction Server''} Cuff, J. A.,
3459 Clamp, M. E., Siddiqui, A. S., Finlay, M. and Barton, G. J. (1998) {\sl
3460 Bioinformatics} {\bf 14}, 892-893} server at the University of
3461 Dundee\footnote{http://www.compbio.dundee.ac.uk/www-jpred/}. The behaviour of
3462 this calculation depends on the current selection:
3463 \begin{list}{$\circ$}{}
3464 \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.
3465 \begin{list}{-}{}
3466               \item If all rows are the same length (often due to the
3467               application of the {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps} option), then
3468               a JPred prediction will be run for the first sequence in the
3469               alignment, using the current alignment as the profile to use for prediction.
3470               \item  Otherwise, just the first sequence will be submitted for a
3471               full JPred prediction.
3472 \end{list}
3473 \item If just one sequence (or a region in one sequence) has been selected, it
3474 will be submitted to the automatic JPred prediction server for homolog detection
3475 and prediction.
3476 \item If a set of sequences are selected, and they appear to be aligned using
3477 the same criteria as above, then the alignment will be used for a JPred
3478 prediction on the first sequence in the set (that is, the one that appears first in the alignment window).
3479 \end{list}
3480
3481
3482 \begin{figure}[htbp]
3483 \begin{center}
3484 \includegraphics[width=2.25in]{images/jpred1.pdf}
3485 \includegraphics[width=3in]{images/jpred2.pdf}
3486 \caption{{\bf Secondary Structure Prediction} Status (left) and results (right)
3487 windows for JPred predictions. }
3488 \label{jpred}
3489 \end{center}
3490 \end{figure}
3491
3492
3493 Jpred is launched in the same way as the other web services. Select {\sl Web
3494 Service $\Rightarrow$ Secondary Structure Prediction $\Rightarrow$ JPred
3495 Secondary Structure Prediction}\footnote{JNet is the Neural Network based
3496 secondary structure prediction method that the JPred server uses.} from the
3497 alignment window menu (Figure \ref{jpred}).
3498 A status window opens to inform you of the progress of the job. Upon completion, a new alignment window opens and the Jpred
3499 predictions are included as annotations. Consult the Jpred documentation for
3500 information on interpreting these results.
3501
3502 \subsection{Hidden Columns and JPred Predictions}
3503 \label{hcoljnet}
3504 Hidden columns can be used to exclude parts of a sequence or profile from the
3505 input sent to the JNet service. For instance, if a sequence is known to include
3506 a large loop insertion, hiding that section prior to submitting the JNet
3507 prediction can produce different results. In some cases, these secondary
3508 structure predictions can be more reliable for sequence on either side of the
3509 insertion\footnote{This, of course, cannot be guaranteed.}. Prediction results
3510 returned from the service will be mapped back onto the visible parts of the
3511 sequence, to ensure a single frame of reference is maintained in your analysis.
3512
3513
3514 \exercise{Secondary Structure Prediction}{
3515 \label{secstrpredex}
3516
3517 {\sl Note: The annotation panel can get quite busy during this exercise. Try
3518 hiding some annotations rows by right clicking
3519 the mouse in the annotation label panel and select the ``Hide this row'' option.
3520 The Annotations dropdown menu on the alignment wndow also provides options for
3521 reording and hiding autocalculated and sequence associated annotation. }
3522
3523 \exstep{ Open the alignment at \url{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. Select the sequence {\sl FER\_MESCR} by 
3524 clicking on the sequence ID. Then select {\sl Web Service $\Rightarrow$
3525 Secondary Structure Prediction $\Rightarrow$ JPred Secondary Structure
3526 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.
3527 Note that the number of sequences in the results window is many more than in the original alignment as 
3528 JPred performs a PSI-BLAST search to expand the prediction dataset. The results
3529 from the prediction are visible in the annotation panel. JPred secondary
3530 structure prediction annotations are examples of sequence-associated alignment annotation. }
3531 % TODO: check how long this takes - about 2 mins once it gets on the cluster.
3532 \exstep{
3533 Select a different sequence and perform a JPred prediction in the same way.
3534 There will probably be minor differences in the predictions.
3535 }
3536 \exstep{
3537 Select the sequence used in the second sequence prediction by clicking on its
3538 name in the sequence ID panel, and copy {\sl ([CTRL] or [CMD]-C)} and then
3539 paste it {\sl [CTRL] or [CMD]-V)} into the first prediction window.  You
3540 can now compare the two predictions as the annotations associated with the
3541 sequence has also been copied across.
3542 % which is described in Section \ref{seqassocannot} below.
3543 }
3544 \exstep{
3545 Select and hide some columns in one of the alignment profiles that were returned
3546 from the JNet service, and then submit the profile for prediction again.
3547 }
3548 \exstep{
3549 When you get the result, verify that the prediction has not been made for the
3550 hidden parts of the profile (by clicking the mouse on column ruler and right click to open the
3551 context menu and select {\sl Reveal All}), and that the JPred reliability scores
3552 differ from the prediction made on the full profile.
3553 }
3554 \exstep{
3555 In the original alignment that you loaded in step 1, select {\bf all}
3556 sequences, then open the {\sl Sequence ID $\Rightarrow$ Selection } submenu
3557 by right clicking the mouse to open the context menu, and select the {\sl Add
3558 Reference Annotation} option.
3559
3560 {\bf All} the JPred predictions for the sequences will now be visible in the
3561 original alignment window.}
3562
3563 {\bf Homework:} Go back to the last step of exercise \ref{annotatingalignex} and
3564 follow the instructions to view the Jalview annotations file created from the annotations
3565 generated by the JPred server for your sequence.}
3566
3567 \section{Protein Disorder Prediction}
3568 \label{protdisorderpred}
3569
3570 Disordered regions in proteins were classically thought to correspond to
3571 ``linkers'' between distinct protein domains, but disorder can also play a role in
3572 function. The {\sl Web Service $\Rightarrow$ Disorder} menu in the alignment window
3573 allows access to protein disorder prediction services provided by the configured
3574 JABAWS servers. 
3575
3576 \begin{figure}[htbp]
3577 \begin{center}
3578 \includegraphics[width=5in]{images/disorderpredannot.pdf}
3579 \caption{{\bf Annotation rows for several disorder predictions on a sequence}. A
3580 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. }
3581 \label{alignmentdisorderannot}
3582 \end{center}
3583 \end{figure}
3584
3585 \subsection{Disorder Prediction Results}
3586 Each service operates on sequences in the alignment to identify regions likely
3587 to be unstructured or flexible, or alternately, fold to form globular domains.
3588 As a consequence, disorder predictor results include both sequence features and
3589 sequence associated alignment annotation rows. Section \ref{featannot} describes
3590 the manipulation and display of these data in detail, and Figure
3591 \ref{alignmentdisorder} demonstrates how sequence feature shading and
3592 thresholding (described in Section \ref{featureschemes}) can be used to
3593 highlight differences in disorder prediction across aligned sequences.
3594
3595 \begin{figure}[htbp]
3596 \begin{center}
3597 \includegraphics[width=5in]{images/disorderpred.pdf}
3598 \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. }
3599 \label{alignmentdisorder}
3600 \end{center}
3601 \end{figure}
3602
3603 \subsection{Navigating Large Sets of Disorder Predictions}
3604
3605 Figure \ref{alignmentdisorderannot} shows a single sequence annotated with
3606 a range of disorder predictions. Disorder prediction annotation rows are
3607 associated with a sequence in the same way as secondary structure prediction
3608 results. When browsing an alignment containing large numbers of disorder
3609 prediction annotation rows, clicking on the annotation row label will highlight
3610 the associated sequence in the alignment display, and double clicking will
3611 select that sequence.
3612
3613 \subsection{Disorder Predictors provided by JABAWS 2.0}
3614 For full details of each predictor and the results that Jalview can display,
3615 please consult
3616 \href{http://www.jalview.org/help/html/webServices/proteinDisorder.html}{Jalview's
3617 protein disorder service documentation}. Short descriptions of the methods provided in JABAWS 2.0 are given below:
3618
3619 \subsubsection{DisEMBL}
3620 \href{http://dis.embl.de/}{DisEMBL (Linding et al., 2003)} is a set of machine-learning based predictors trained to
3621 recognise disorder-related annotation found on PDB structures.
3622
3623 \textbf{COILS} Predicts
3624 loops/coils according to DSSP
3625 definitions\footnote{DSSP Classifications of secondary structure are: $\alpha$-helix (H), 310-helix (G), $\beta$-strand (E)
3626 are ordered, and all other states ($\beta$-bridge (B), $\beta$-turn (T), bend (S),
3627 $\pi$-helix (I), and coil (C)) considered loops or coils.}. Features mark range(s) of
3628 residues predicted as loops/coils, and annotation row gives raw value
3629 for each residue. Value over 0.516 indicates loop/coil.
3630
3631 \textbf{HOTLOOPS} constitute a refined subset of \textbf{COILS}, namely those loops with
3632 a high degree of mobility as determined from C$\alpha$ temperature factors (B
3633 factors). It follows that highly dynamic loops should be considered
3634 protein disorder. Features mark range(s) of residues predicted to
3635 be hot loops and annotation row gives raw value for each
3636 residue. Values over 0.6 indicates hot loop.
3637
3638 \textbf{REMARK465} ``Missing
3639 coordinates in X-ray structure as defined by remark465 entries in PDB.
3640 Nonassigned electron densities most often reflect intrinsic disorder,
3641 and have been used early on in disorder prediction.'' Features give
3642 range(s) of residues predicted as disordered, and annotation rows gives
3643 raw value for each residue. Values over 0.1204 indicates disorder.
3644
3645 \subsubsection{RONN {\sl a.k.a.} Regional Order Neural Network}
3646 \href{http://www.strubi.ox.ac.uk/RONN}{RONN} employs an approach
3647 known as the `bio-basis' method to predict regions of disorder in
3648 sequences based on their local similarity with a gold-standard set of
3649 disordered protein sequences. It yields a set of disorder prediction
3650 scores, which are shown as sequence annotation below the alignment.
3651
3652 \textbf{JRonn}\footnote{JRonn denotes the score for this server because JABAWS
3653 runs a Java port of RONN developed by Peter Troshin and distributed as
3654 part of \href{http://www.biojava.org/}{Biojava 3}} Annotation Row gives RONN score for each residue in
3655 the sequence. Scores above 0.5 identify regions of the protein likely
3656 to be disordered.
3657
3658 \subsubsection{IUPred}
3659 \href{http://iupred.enzim.hu/Help.php}{IUPred} employs
3660 an empirical model to estimate likely regions of disorder. There are
3661 three different prediction types offered, each using different
3662 parameters optimized for slightly different applications. It provides
3663 raw scores based on two models for predicting regions of `long
3664 disorder' and `short disorder'. A third predictor identifies regions
3665 likely to form structured domains.
3666
3667 \textbf{Long disorder} Annotation rows predict
3668 context-independent global disorder that encompasses at least 30
3669 consecutive residues of predicted disorder. A 100 residue
3670 window is used for calculation. Values above 0.5 indicates the residue is
3671 intrinsically disordered.
3672
3673 \textbf{Short disorder} Annotation rows predict for short, (and
3674 probably) context-dependent, disordered regions, such as missing
3675 residues in the X-ray structure of an otherwise globular protein.
3676 Employs a 25 residue window for calculation, and includes adjustment
3677 parameter for chain termini which favors disorder prediction at the
3678 ends. Values above 0.5 indicate short-range disorder.
3679
3680 \textbf{Structured domains} are marked with sequence Features. These highlight
3681 likely globular domains useful for structure genomics investigation. Post-analysis of disordered region profile to find continuous regions
3682 confidently predicted to be ordered. Neighbouring regions close to
3683 each other are merged, while regions shorter than the minimal domain
3684 size of at least 30 residues are ignored.
3685
3686 \subsubsection{GLOBPLOT}
3687 \href{http://globplot.embl.de/}{GLOBPLOT} defines regions of
3688 globularity or natively unstructured regions based on a running sum of
3689 the propensity of residues to be structured or unstructured. The
3690 propensity is calculated based on the probability of each amino acid
3691 being observed within well defined regions of secondary structure or
3692 within regions of random coil. The initial signal is smoothed with a
3693 Savitzky-Golay filter, and its first order derivative
3694 computed. Residues for which the first order derivative is positive
3695 are designated as natively unstructured, whereas those with negative
3696 values are structured.
3697
3698 {\bf Disordered region} sequence features are created marking mark range(s) of residues with positive first order derivatives, and 
3699 \textbf{Globular Domain} features mark long stretches of order. \textbf{Dydx} annotation rows give the first order derivative of smoothed score. Values above 0 indicates
3700 residue is disordered. 
3701
3702 \textbf{Smoothed Score and Raw Score} annotation rows give the smoothed and raw scores used to create the differential signal that
3703 indicates the presence of unstructured regions. These are hidden
3704 by default, but can be shown by right-clicking on the alignment
3705 annotation panel and selecting \textbf{Show hidden annotation}.
3706
3707 \exercise{Protein Disorder Prediction}{
3708 %\label{protdispredex}
3709 {\sl Before starting this exercise, make sure you enable the \protect{`Add
3710 Temperature Factor'} option in your {\bf Structures} preferences. }
3711
3712 \exstep{Open the alignment at:
3713 \url{http://www.jalview.org/tutorial/interleukin7.fa}. } 
3714
3715 \exstep{Run the DisEMBL disorder predictor {\slvia} the {\slWeb Service
3716 $\Rightarrow$ Disorder Prediction } submenu.}
3717
3718 \exstep{Select all the sequences, and open the Structure Chooser via the {\sl
3719 Sequence ID $\Rightarrow$ 3D Structure Data\ldots } popup menu. Hit the
3720 {\bf View} button to retrieve and show all PDB structures for the sequences.}
3721
3722 \exstep{Compare the disorder predictions to the structure data by mapping any
3723 available temperature factors to the alignment {\sl via} the {\sl Sequence ID
3724 Popup $\Rightarrow$ Selection $\Rightarrow$ Add reference annotation} option.}
3725
3726 \exstep{Apply the IUPred disorder prediction method. Use the {\sl Per
3727 sequence option} in the {\sl Colour $\Rightarrow$ By annotation \ldots} dialog to shade
3728 the sequences by the long and short disorder predictors. {\sl Note how well the disordered regions predicted by each method agree
3729 with the structure.}}}
3730
3731 \chapter{DNA and RNA Sequences}
3732 \label{dnarna}
3733 \section{Working with DNA}
3734 \label{workingwithnuc}
3735 Jalview was originally developed for the analysis of protein sequences, but
3736 now includes some specific features for working with nucleic acid sequences
3737 and alignments. Jalview recognises nucleotide sequences and alignments based on
3738 the presence of nucleotide symbols [ACGT] in greater than 85\% of the
3739 sequences. Built in codon-translation tables can be used to translate ORFs
3740 into peptides for further analysis. ENA nucleotide records retrieved {\sl via} the
3741 sequence fetcher (see Section \ref{fetchseq}) are also parsed in order to
3742 identify codon regions and extract peptide products. Furthermore, Jalview
3743 records mappings between protein sequences that are derived from regions of a
3744 nucleotide sequence. Mappings are used to transfer annotation between
3745 nucleic acid and protein sequences, and to dynamically highlight regions in
3746 one sequence that correspond to the position of the mouse pointer in another.
3747 %TODO Working with Nucleic acid sequences and structures.
3748 \subsection{Alignment and Colouring}
3749
3750 Jalview provides a simple colourscheme for DNA bases, but does not apply any
3751 specific conservation or substitution score model for the shading of
3752 nucleotide alignments. However, pairwise alignments performed using the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Pairwise Alignment
3753 \ldots} option will utilise an identity score matrix to calculate alignment
3754 score when aligning two nucleotide sequences.
3755
3756 \subsubsection{Aligning Nucleic Acid Sequences}
3757
3758 Jalview has limited knowledge of the capabilities of the programs that
3759 are made available to it {\sl via} web services, so it is up to you, the user,
3760 to decide which service to use when working with nucleic acid sequences. The
3761 table shows which alignment programs are most appropriate
3762 for nucleotide alignment. Generally, all will work, but some may be more suited
3763 to your purposes than others. We also note that none of these include
3764 support for taking RNA secondary structure prediction into account when aligning
3765 sequences (but will be providing services for this in the future!) 
3766 \begin{table}{}
3767 \centering
3768 \begin{tabular}{|l|c|l|}
3769 \hline
3770 Program& NA support& Notes\\
3771 \hline
3772 ClustalW& Yes&\begin{minipage}[f]{3in}
3773 Default is to autodetect nucleotide
3774 sequences. Editable parameters include nucleotide substitution matrices and
3775 distance metrics.
3776 \end{minipage}
3777
3778 \\
3779 \hline
3780
3781 Muscle& Yes (treat U as T)&\begin{minipage}[f]{3in}
3782 Default is to autodetect nucleotide
3783 sequences. Editable parameters include nucleotide substitution matrices and
3784 distance metrics.
3785 \end{minipage}
3786
3787 \\
3788 \hline
3789
3790 MAFFT& Yes&\begin{minipage}[f]{3in}
3791 Will autodetect nucleotide sequences and use a hardwired substitution model
3792 (all amino-acid sequence related parameters are ignored). Unknown whether
3793 substitution model treats Uracil specially.
3794 \end{minipage}
3795
3796 \\
3797 \hline
3798
3799 ProbCons& No&\begin{minipage}[f]{3in}
3800 ProbCons has no special support for aligning nucleotide sequences. Whilst an
3801 alignment will be returned, it is unlikely to be reliable.
3802 \end{minipage}
3803
3804 \\
3805 \hline
3806
3807 T-COFFEE& Yes&\begin{minipage}[f]{3in}
3808 Sequence type is automatically detected and an appropriate
3809 parameter set used as required. A range of nucleotide specific
3810 score models are available.\end{minipage}
3811
3812 \\\hline
3813 \end{tabular}
3814 \caption{{\bf JABAWS Alignment programs suitable for aligning nucleic acid
3815 sequences.} All JABAWS alignment services will return an alignment if provided
3816 with RNA or DNA sequences, with varying reliability.}
3817 \label{nucleomsatools}
3818 \end{table}
3819
3820 \subsection{Translate cDNA}
3821
3822 The {\sl Calculate $\Rightarrow$ Translate cDNA} function in the alignment
3823 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.
3824
3825 \subsection{Linked DNA and Protein Views}
3826
3827 \parbox{3.5in}{
3828 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 ENA 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.
3829 }\parbox{3in}{
3830 \begin{center}
3831 %\begin{figure}[htbp]
3832
3833 \includegraphics[width=2.8in]{images/cdnatranslinkedwin.pdf}
3834
3835 %\caption{{\bf Linked DNA and Protein Views.} }
3836 %\end{figure}
3837 \end{center}
3838 }
3839
3840
3841 \subsection{Coding Regions from ENA Records}
3842
3843 Many ENA records that can be retrieved with the sequence fetcher contain exons.
3844 Coding regions will be marked as features on the ENA nucleotide sequence, and
3845 Uniprot database cross references will be listed in the tooltip displayed when
3846 the mouse hovers over the sequence ID. Uniprot database cross references
3847 extracted from ENA records are sequence cross references, and associate a
3848 Uniprot sequence's coordinate system with the coding regions annotated on the
3849 ENA sequence. Jalview utilises cross-reference information in two ways.
3850 \subsubsection{Retrieval of Protein or DNA Cross References}
3851 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 ENA 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 ENA record for each residue in the protein product(s).
3852
3853 \subsubsection{Retrieval of Protein Features on Coding Regions}
3854
3855 The Uniprot cross-references derived from ENA records can be used by Jalview to visualize protein sequence features directly on nucleotide alignments.
3856 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. 
3857 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 
3858 the coding region location.
3859
3860 \begin{figure}[htbp]
3861 \begin{center}
3862 \label{dnadasfeatures}
3863 \includegraphics[width=5in]{images/dnadasfeatures.pdf}
3864
3865 \caption{Uniprot and PDB sum features retrieved and mapped onto
3866 coding regions of ENA record V00488 (an earlier version of Jalview is shown
3867 here).}
3868
3869 \end{center}
3870 \end{figure}
3871
3872 \exercise{Visualizing Protein Features on Coding Regions}
3873 {
3874 \exstep{Use the sequence fetcher to retrieve ENA record D49489.}
3875 \exstep{Ensure that {\sl View $\Rightarrow$ Show Sequence Features} is checked and change the 
3876 alignment view format to {\sl Wrapped} mode so the distinct exons can be seen.}
3877 \exstep{Open the {\sl DAS Settings} tab in the {\sl Sequence Feature Settings\ldots} 
3878 window {\sl View $\Rightarrow$ Features setting}
3879 and fetch features for D49489 from the Uniprot reference server,
3880 and any additional servers that work with the Uniprot coordinate system.}
3881 \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.}
3882 \exstep{Open a new alignment view containing the Uniprot protein product 
3883 with {\sl Calculate $\Rightarrow$ Get Cross References $\Rightarrow$ Uniprot } 
3884 and examine the database references and sequence features. Experiment with the 
3885 interactive highlighting of codon position for each residue.}
3886 }
3887 % \section{Working with RNA}
3888 % \label{workingwithrna}
3889
3890 % \subsection{RNA specific alignment colourschemes}
3891 % \label{rnacolschemes}
3892
3893 % \subsection{Exploring RNA secondary structure with VARNA}
3894 % \label{varna}
3895
3896 % \subsection{RNA Secondary structure annotation}
3897 % \subsubsection{Interactive creation of RNA secondary structure annotation}
3898 % \label{rnasecstrediting}
3899
3900 % \subsubsection{Import and export of RNA secondary structure annotation}
3901 % \label{rnasecstrio}
3902
3903
3904 % \chapter{Advanced Jalview}
3905
3906 % \section{Customising Jalview}
3907 % \subsection{Setting preferences}
3908
3909 % 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. 
3910
3911 % \subsection{Adding your own URL links}
3912
3913 % \subsection{Working with Databases and Database Cross References}
3914 % \label{getcrossrefs}
3915
3916 % {\sl Calculations $\Rightarrow$ Get Cross References }
3917
3918 % \section{Jalview IO Interface}
3919 % \subsection{Multiple views}
3920 % \subsection{Annotation files}
3921 % \subsection{Feature files}
3922 % \subsection{Moving sequence associated annotation}
3923 % \subsection{Propagating features}
3924 % \section{Structures}
3925 % \subsection{Working with Modeller files}
3926 % \subsection{Using local PDB files}
3927 % \section{Pairwise alignments}
3928
3929 \section{Working with RNA}
3930 Jalview allows the creation of RNA secondary structure annotation, and includes
3931 the VARNA secondary structure viewer for the display of RNA base pair diagrams.
3932 It also allows the extraction of RNA secondary structure from 3D data when
3933 available.
3934
3935 \subsection{Performing RNA Secondary Structure Predictions}
3936 Secondary structure consensus calculations can be performed by enabling the
3937 VIENNA service {\sl via} the {\sl Web Service $\Rightarrow$ Secondary
3938 Structure} menu. These consensus structures are created by analysing the
3939 covariation patterns in all visible sequences on the alignment. For more
3940 information see the VIENNA documentation.
3941
3942 \begin{figure}[htbp]
3943 \begin{center}
3944 \label{rnaviennaservice}
3945 \includegraphics[width=5in]{images/rnaViennaServiceWindow.pdf}
3946
3947 \caption{Secondary structure consensus calculations can be performed by enabling the
3948 VIENNA service {\sl via} the {\sl Web Service $\Rightarrow$ Secondary
3949 Structure} menu.}
3950
3951 \end{center}
3952 \end{figure}
3953
3954 \begin{figure}[htbp]
3955 \begin{center}
3956 \label{rnaviennaaltpairs}
3957 \includegraphics[width=5in]{images/rnaViennaAlternateProbs.pdf}
3958
3959 \caption{VIENNA can calculate alternate RNA base pairing probabilities. These
3960 are shown in Jalview as tool-tips on the RNA secondary structure probability
3961 score.}
3962
3963 \end{center}
3964 \end{figure}
3965
3966
3967 \exercise{Viewing RNA Structures}
3968 { \label{viewingrnaex}
3969
3970 \exstep{Import RF00162 from the Rfam (Seed) source using {\sl Fetch sequence(s)}
3971 from the Desktop's File menu.} 
3972
3973 \exstep{Select {\sl Colour by RNA Helices} to
3974 shade the alignment by the secondary structure annotation provided by Rfam.}
3975
3976 \exstep{Open VARNA with {\sl Structure $\Rightarrow$ View Structure
3977 $\Rightarrow$ RNA Secondary Structure}.
3978 In the VARNA Structures Manager toggle between (i) secondary structure
3979 (alignment) (with gaps) and (ii) trimmed secondary structure (alignment). 
3980 Explore the difference between trimmed and untrimmed views.
3981 Click on different residues in the VARNA diagram - you should also see them
3982 highlighted and selected in the sequence alignment window.}
3983
3984 \exstep{In the VARNA Structures Manager, right click on display window to
3985 bring up the pop up context menu. Explore the options within the File, Export,
3986 Display and Edit sections.
3987
3988 {\em VARNA views are stored in Jalview project files, in the same way as 3D
3989 structure views produced by Jmol and Chimera.}}
3990
3991 \exstep{Enable the calculation and display of an RNAAliFold secondary structure
3992 prediction for the alignment by selecting {\sl Web Service $\Rightarrow$ Secondary
3993 Structure Prediction $\Rightarrow$ RNAAliFold }.}
3994 % Compare this with the annotationline provided by Rfam.
3995
3996 \exstep{Edit the RNAAliFold calculation settings to show
3997 Base Pair probabilities. Explore how editing the alignment affects the consensus
3998 calculation.}
3999
4000 \exstep{Import 2GIS from the PDB database into a new window with {\sl Fetch
4001 sequence(s)}.}
4002
4003 \exstep{Click on a sequence in Sequence ID panel and select {\sl Structure
4004 $\Rightarrow$ View Structure $\Rightarrow$ 2GIS}, to view the structure in Jmol
4005 window. Click on different residues and located them in the sequence alignment window.}
4006
4007 %\exstep{Add and link a Jmol structure view
4008 %for Bacillus\_amyloliquef.9 for 3NPB (from the PDB). Display the secondary
4009 %structure along-side the consensus structure for the alignment by adding
4010 %reference annotation from the 3D structure.
4011
4012 %{\sl Hint: You need to make sure the RNAview service is enabled in your {\sl
4013 %Structure} preferences to obtain RNA secondary structure annotation from PDB
4014 %files.}}
4015
4016  }
4017
4018 \chapter{Webservices}
4019 \label{jvwebservices}
4020 The term ``Webservices'' refers to a variety of data exchange
4021 mechanisms based on HTTP.\footnote{HTTP: Hyper-Text Transfer Protocol.} 
4022
4023 \parbox[c]{4.5in}{Jalview can exploit public webservices to access databases
4024 remotely, and also submit data to public services by opening pages with your web browser. These types of
4025 services are `one-way', {\sl i.e.} data is either sent to the webservice or
4026 retrieved from it by Jalview. The desktop application can also interact
4027 with `two-way' remote analysis services in order to offload computationally
4028 intensive tasks to High Performance Computing facilities. Most of these two-way
4029 services are provided by {\bf Ja}va {\bf B}ioinformatics {\bf A}nalysis {\bf
4030 W}eb {\bf S}ervice (JABAWS) servers\footnote{See
4031 http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws for more information and to download
4032 your own server.}, which provides an easily installable system for performing
4033 a range of bioinformatics analysis tasks. }
4034 \parbox[c]{1.75in}{\includegraphics[width=1.65in]{images/wsmenu.pdf}}
4035
4036 \subsection{One-Way Web Services}
4037
4038 There are two types of one way service in Jalview. Database services,
4039 which were introduced in in Section \ref{fetchseq}, provide sequence and
4040 alignment data. They can also be used to add sequence IDs to an alignment
4041 imported from a local file, prior to further annotation retrieval, as described
4042 in Section \ref{featuresfromdb}.
4043 % The final type of one way service are sequence
4044 % and ID submission services.
4045 % exemplified by the `Envision2 Services' provided
4046 % by the ENFIN Consortium\footnote{ENFIN is the European Network for Functional
4047 % INtegration. Please see http://www.enfin.org for more information. }.
4048
4049 % \subsubsection{One-way submission services}
4050 % Jalview can use the system's web browser to submit sets of sequences and
4051 % sequence IDs to web based applications. Single sequence IDs can be passed to
4052 % a web site using the user definable URL links listed under the {\sl
4053 % Links} submenu of the sequence ID popup menu. These are configured
4054 % in the {\sl Connections} tab of the {\sl Preferences} dialog box.
4055
4056 % The Envision 2 services presented in the webservice menu provides are the first
4057 % example of one-way services where multiple sequences or sequence IDs can be
4058 % sent. The {\sl Web service $\Rightarrow$ Envision 2 Services} menu entry
4059 % provides two sub-menus that enable you to submit the sequences or IDs
4060 % associated with the alignment or just the currently selected sequences to one
4061 % of the Envision2 workflows. Selecting any one will open a new browser window on
4062 % the Envision2 web application. The menu entries and their tooltips provide
4063 % details of the Envision2 workflow and the dataset set that will be submitted
4064 % ({\sl i.e.} the database reference type, or associated sequence subset). Please
4065 % note, due to technical limitations, Jalview can currently only submit small
4066 % numbers of sequences to the workflows - if no sequence or ID submissions are
4067 % presented in the submenus, then try to select a smaller number of sequences to
4068 % submit. 
4069
4070 \subsection{Remote Analysis Web Services}
4071 Remote analysis services enable Jalview to use external computational
4072 facilities. There are currently three types of service - multiple sequence
4073 alignment, protein secondary structure prediction, and alignment analysis.
4074 Many of these are provided by JABA servers, which are described at the end of
4075 this section. In all cases, Jalview will construct a job based on the alignment
4076 or currently selected sequences, ask the remote server to run the job, monitor
4077 status of the job and, finally, retrieve the results of the job and display
4078 them. The Jalview user is kept informed of the progress of the job through a
4079 status window.
4080
4081 Currently, web service jobs and their status windows are not stored in Jalview
4082 Project Files\footnote{This may be rectified in future versions.}, so it is
4083 important that you do not close Jalview whilst a job is running. It is also
4084 essential that you have a continuous network connection in order to
4085 successfully use web services from Jalview, since it periodically checks the
4086 progress of running jobs.
4087
4088
4089 \subsection{JABA Web Services for Sequence Alignment and Analysis}
4090 \label{jabaservices}
4091 JABA stands for ``JAva Bioinformatics Analysis'', which is a system developed
4092 by Peter Troshin and Geoff Barton at the University of Dundee for running
4093 computationally intensive bioinformatics analysis programs. A JABA installation
4094 typically provides a range of JABA web services (JABAWS) for use by other
4095 programs, such as Jalview.
4096
4097 Exercises in the remainder of this section will demonstrate the simplest way of
4098 installing JABA on your computer, and configuring Jalview so it can access the JABA services. If you
4099 need any further help or more information about the services, please go to the
4100 \href{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws}{JABAWS home page}.
4101 %% \subsubsection{Aims}
4102 %%  \begin{list}{$\bullet$}{}
4103 %%  \item Gain experience using the different alignment services provided by
4104 % JABA
4105 %%\item Learn about the way that Jalview stores user presets for JABA services
4106 %%\item Learn how to install JABA services and configure Jalview to access them
4107 %%\end{list}
4108
4109 \subsection{Changing the Web Services Menu Layout}
4110 \label{changewsmenulayout}
4111 If you are working with a lot of different JABA services, you may wish to change
4112 the way Jalview lays out the web services menu. You can do this from the Web
4113 Services tab of the {\sl Preferences} dialog box.
4114
4115 \exercise{Changing the Layout of the Web Services Menu}{
4116 \label{changewsmenulayoutex}
4117 \exstep{Make sure you have loaded an alignment into Jalview, and examine the
4118 current layout of the alignment window's {\sl Web Service} menu.}
4119 \exstep{Open the preferences dialog box and select the web services tab.}
4120 \exstep{Ensure the {\sl Enable JABAWS services} checkbox is selected, and unselect
4121 the {\sl Enable Enfin Services} checkboxes.}
4122 \exstep{Hit {\sl Refresh Services} to update the web services menu -- once the
4123 progress bar has completed, open the {\sl Web Service} menu to view the changes.}
4124 \exstep{Select the {\sl Index by host} checkbox and refresh the services once again.
4125
4126 {\sl Observe the way the layout of the JABAWS Alignment submenu changes.}
4127 }
4128 \exstep{Do the same with the {\sl Index by type} checkbox.} 
4129 }
4130
4131 Jalview provides these options for configuring the layout of the  {\sl Web Service}
4132 menu because different Jalview users may have access to a different number of
4133 JABA services, and each will have their own preference regarding the layout of
4134 the menu.
4135
4136 \begin{figure}[htbc]
4137 \begin{center}
4138 \includegraphics[width=3in]{images/jvjabawsconfig.pdf}
4139 \caption{{\bf The Jalview Web Services preferences panel.} Options are provided
4140 for configuring the list of JABA servers that Jalview will use, enabling and
4141 disabling Enfin services, and configuring the layout of the web services
4142 menu.}
4143 \label{jvjabawsconfig}
4144 \end{center}
4145 \end{figure}
4146
4147
4148 \subsubsection{Testing JABA services}
4149 The JABAWS configuration dialog shown in Figure \ref{jvjabawsconfig} has colour
4150 codes to indicate whether the Desktop can access the server, and whether all
4151 services advertised by the server are functional. The colour codes are:
4152
4153 \begin{list}{$\bullet$}{}
4154   \item Red - Server cannot be contacted or reports a connection error.
4155   \item Amber - Jalview can connect, but one or more services are non-functional.
4156   \item Green - Server is functioning normally.
4157 \end{list}
4158   %TODO green and a tick, red and a cros, amber and a value indicating whether its all going
4159
4160 Test results from JABAWS are reported on Jalview's console output (opened from
4161 the Tools menu). Tests are re-run every time Jalview starts, and when the
4162 [Refresh Services] button is pressed on the Jalview JABAWS configuration panel.
4163
4164 \subsubsection{Resetting the JABA Services Setting to their Defaults}
4165 Once you have configured a JABAWS server and selected the OK button of the
4166 preferences menu, the settings will be stored in your Jalview preferences file,
4167 along with any preferences regarding the layout of the web services menu. If
4168 you should ever need to reset the JABAWS server list to its defaults, use the
4169 `Reset Services' button on the Web Services preferences panel.
4170
4171 \subsection{Running your own JABA Server}
4172 You can download and run JABA on your own machine using the `VMWare' or
4173 VirtualBox virtual machine environments. If you would like to do
4174 this, there are full instructions at the
4175 \href{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws/}{JABA web site}.
4176
4177 \exercise{Installing a JABA Virtual Machine on your Computer}{
4178 \label{jabawsvmex}{\sl This tutorial will demonstrate the simplest way of
4179 installing JABA on your computer, and configuring Jalview so it can access the JABA services. 
4180
4181 {\bf Prerequisites}
4182
4183 You will need a copy of VMWare Player/Workstation/Fusion on your machine.
4184 }
4185
4186 \exstep{If you do not have VMWare player installed, download it from
4187 www.vmware.com (this takes a few minutes -- you will need to register and wait
4188 for an email with a download link).}
4189 \exstep{Download the JABA virtual appliance archive called `jaba-vm.zip' from
4190 \textsf{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws/archive/jabaws-vm.zip}
4191
4192 WARNING: This is large (about 300MB) and will take some time to download.
4193 }
4194 \exstep{Unpack the archive's contents to a place on your machine with at least
4195 2GB of free space (On Windows, right click on the archive, and use the 'Extract
4196 archive..' option).
4197 }
4198 \exstep{Open the newly extracted directory and double click the VMWare virtual
4199 machine configuration file (jabaws.vcf). This will launch the VMWare player.
4200 }
4201 \exstep{Once VMWare player has started up, it may ask the question ``Did you move or copy
4202 this virtual appliance?'' -- select `Copy'.}
4203 \exstep{You may be prompted to download the VMWare linux tools. These are not
4204 necessary, so close the window or click on `Later'.}
4205 \exstep{You may also be prompted to install support for one or more devices (USB
4206 or otherwise). Say `No' to these options.}
4207 \exstep{Once the machine has loaded, it will display a series of IP addresses
4208 for the different services provided by the VM. Make a note of the JABAWS URL --
4209 this will begin with `http:' and end with `/jabaws''.}
4210 }
4211
4212 \exercise{Configuring Jalview to Access your new JABAWS Virtual Appliance}{
4213 \label{confnewjabawsappl}
4214 \exstep{Start Jalview (If you have not done so already).} 
4215 \exstep{Enable the Jalview Java Console by selecting its option from the Tools
4216 menu.
4217
4218 {\sl Alternately, use the System Java console if you have
4219 configured it to open when Jalview is launched, {\sl via} your system's Java
4220 preferences (under the `Advanced' tab on Windows).}}
4221 \exstep{Open the {\sl Preferences} dialog and locate the Web Services tab.}
4222 \exstep{Add the URL for the new JABAWS server you started in Exercise
4223 \ref{jabawsvmex} to the list of JABAWS urls using the `New Service
4224 URL' button.}
4225 \exstep{You will be asked if you want to test the service. Hit `Yes' to do this
4226 -- you should then see some output in the console window.
4227
4228 {\sl Take a close look at the output in the console.  What do you think is
4229 happening?}
4230 }
4231 \exstep{Hit OK to save your preferences -- you have now added a new JABA
4232 service to Jalview!}
4233 \exstep{Try out your new JABA services by loading the ferredoxin sequences from
4234 http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}
4235 \exstep{Launch an alignment using one
4236 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.
4237
4238 {\sl Note: You can watch the JABA VM appliance's process working by opening the
4239 process monitor on your system. (On Windows XP, this involves right-clicking the
4240 system clock and opening the task manager -- then selecting the 'Processes' tab
4241 and sort by CPU).}
4242 }
4243 }
4244
4245 \end{document}