jalview manual v1.3 - updated for v2.7 of Jalview with new material for structure...
[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{amssymb}
7 \usepackage{epstopdf}
8 \usepackage{hyperref}
9 \usepackage{subfigure}
10 \DeclareGraphicsRule{.tif}{png}{.png}{`convert #1 `dirname #1`/`basename #1 .tif`.png}
11 \voffset = -0.5 in
12 \hoffset = -0.85 in
13 \textwidth = 6.5 in 
14 \textheight = 9.5 in 
15 \oddsidemargin = 1.20 in
16 \evensidemargin = 0.2 in
17 \topmargin = 0.0 in 
18 \headheight = 0.35 in
19 \headsep = 0.4 in
20 %\headheight = 0.0 in \headsep = 0.0 in
21 \parskip = 0.2in \parindent = 0.0in
22
23
24 \newtheorem{theorem}{Theorem}
25 \newtheorem{corollary}[theorem]{Corollary}
26 \newtheorem{definition}{Definition}
27
28
29 \title{Jalview 2.5: A manual and introductory tutorial }
30 \author{David Martin, James Procter, Andrew Waterhouse and Geoff Barton}
31 \date{Manual version 1.2.3 6th May 2011}
32
33 \newcommand{\clearemptydoublepage}{\newpage{\pagestyle{empty}}\cleardoublepage}
34
35 % how the hell do we add another panel with text like : This tutorial introduces
36 % the user to the features of Jalview, a multiple sequence alignment editor and
37 % viewer available from http://www.jalview.org to the title page.
38
39 % \renewcommand{menustyle}{\tt} %do something more advanced here.
40
41 \newcounter{ecount} 
42 \newcounter{exstep}[ecount]
43 \renewcommand{\theecount} {\arabic{ecount}}
44 \renewcommand{\theexstep} {\arabic{ecount}.\alph{exstep}}
45
46 \newcommand{\exercise}[2] { 
47 \refstepcounter{ecount}
48 \begin{center} \fbox{\parbox[b][\height]{6in}{ 
49 {\bf
50 % this doesn't work - page refs are off 
51 %  \mbox{\addcontentsline{toc}{subsection}{ Exercise \theecount : #1 } }
52 Exercise \theecount  :  #1  } 
53 \par #2 }} \end{center}
54 \pagebreak[0]
55 }
56 \newcommand{\exstep}[1]{ \stepcounter{exstep} {\sl \theexstep.}  \begin{minipage}[t]{5.5in} #1 \end{minipage} \par \vspace *{1mm} }
57 %%% Remove the % on the next 2 lines to hide tutorials.
58 %\renewcommand{\exercise}[2]{} 
59 %\renewcommand{\exstep}[1]{} 
60
61 \begin{document}
62
63
64 \pagenumbering{}
65
66 %\maketitle
67 % we make our own title because JBP is not clever enough to work out how
68 % to
69 % do
70 % this automatically
71
72 \begin{center}
73
74 {\Huge
75  
76 Jalview 2.7
77 }
78 \vspace{0.5in}
79 {\huge 
80
81 A manual and introductory tutorial }
82
83 \vspace{2.5in}
84
85 {\large
86
87 David Martin, James Procter, Andrew Waterhouse and Geoff Barton
88
89 }
90
91 \vspace{1.5in}
92
93 College of Life Sciences, University of Dundee
94
95 Dundee, Scotland DD1 5EH, UK
96
97
98 \vspace{2in}
99
100 Manual version 1.3
101
102 30th November 2011
103
104
105 \end{center}
106
107 \clearemptydoublepage
108
109 % ($Revision$) 11th October 2010.}
110 % TODO revise for 2.6
111
112 \pagenumbering{roman}
113 \setcounter{page}{1}
114 \tableofcontents 
115 \clearemptydoublepage
116 % \listoffigures 
117 % \newpage
118 % \listoftables 
119 % \newpage
120 \pagenumbering{arabic}
121 \setcounter{page}{1}
122
123 \chapter{Basics}
124 \label{jalviewbasics}
125 \section{Introduction}
126 \subsection{Jalview}
127 Jalview is a multiple sequence alignment viewer, editor and analysis tool.
128 Jalview is designed to be platform independent (running on Mac, MS Windows, Linux
129 and any other platform that supports Java), capable of editing and analysing
130 large alignments (thousands of sequences) with minimal degradation in
131 performance, and able to show multiple integrated views of the alignment and
132 other data. Jalview can read and write many common sequence formats including
133 FASTA, Clustal, MSF(GCG) and PIR.
134
135
136 There are two types of Jalview program. The {\bf Jalview Desktop} is a stand
137 alone application that provides powerful editing, visualization, annotation and
138 analysis capabilities. The {\bf JalviewLite} applet has the same core
139 visualization, editing and analysis capabilities as the desktop, without the
140 desktop's webservice and figure generation capabilities. It is designed to be
141 embedded in a web page\footnote{A demonstration version of Jalview (Jalview Micro
142 Edition) also runs on a mobile phone but the functionality is limited to sequence
143 colouring.}, to allow customisable display of alignments for web sites such as
144 {\bf pfam}\footnote{\url{http://pfam.sanger.ac.uk}}.
145
146
147 Jalview 2.7 was released in September 2011. The Jalview Desktop in this version
148 provides access to sequence, alignment and protein structure databases, and
149 includes the Jmol\footnote{ Provided under the LGPL licence at
150 \url{http://www.jmol.org}} protein structure viewer. It includes a
151 Distributed Annotation System (DAS) client\footnote{with thanks to Andreas Prlic} which facilitates the retrieval and display of third party sequence
152 annotation in association with sequences and any associated structure. It also
153 provides a graphical user interface for {\bf Ja}va {\bf B}ioinformatics
154 {\bf A}nalysis {\bf W}eb {\bf S}ervices (JABAWS) which enable access to a
155 range of multiple sequence alignment programs.
156
157 \subsection{Jalview's Capabilities}
158 % TODO add references to appropriate sections for each capability described here.
159 Figure \ref{jvcapabilities} gives an overview of the main features of the Jalview desktop application. Its primary function is the editing and visualization of sequence alignments, and their interactive analysis. Tree building, principal components analysis, physico-chemical property conservation and sequence consensus analyses are built in to the program. Web services enable Jalview to access remote alignment and secondary structure prediction programs, as well as to retrieve protein and nucleic acid sequences, alignments, protein structures and sequence annotation. Sequences, alignments, trees, structures, features and alignment annotation may also be exchanged with the local filesystem. Multiple visualizations of an alignment may be worked on simultaneously, and the user interface provides a comprehensive set of controls for colouring and layout. Alignment views are dynamically linked with Jmol structure displays, a tree viewer and spatial cluster display, facilitating interactive exploration of the alignment's structure. The application provides its own Jalview project file format in order to store the current state of an alignment and analysis windows. Jalview also provides WYSIWIG\footnote{WYSIWIG: What You See Is What You Get.} style figure generation capabilities for the preparation of alignments for publication.
160 \begin{figure}[htbp]
161 \begin{center}
162 \includegraphics[width=5.8in]{images/jvcapabilities.pdf}
163 \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.}
164 \label{jvcapabilities}
165 \end{center}
166 \end{figure}
167
168 \subsubsection{Jalview History}
169 Jalview was initially developed in 1996 by Michele Clamp, James Cuff, Steve
170 Searle and Geoff Barton at the University of Oxford and then the European
171 Bioinformatics Institute. Development of Jalview 2 was made possible with
172 eScience funding from the BBSRC\footnote{Biotechnology and Biological Sciences
173 Research Council grant  {\sl ``VAMSAS: Visualization and Analysis of Molecules,
174 Sequence Alignments and Structures"}, a joint project to enable interoperability
175 between Jalview, TOPALi and AstexViewer.} in 2004, enabling Andrew Waterhouse and
176 Jim Procter to re-engineer the original program to introduce contemporary developments
177 in bioinformatics and take advantage of the latest web and Java technology.
178 Jalview's development is now supported for a further 5 years from October 2009
179 by an award from the BBSRC's Tools and Resources fund. In 2010 and 2011, Jalview
180 benefitted from the \href{http://code.google.com/soc/}{Google Summer of Code},
181 when Lauren Lui and Jan Engelhardt introduced new features for handling RNA
182 alignments and secondary structure annotation.
183
184  
185 %TODO describe future plans in history ? not a good idea.
186 % Jalview continues to be one of the worlds most popular\footnote{and in the authors opinion, the best.} sequence alignment and analysis tools.
187
188 \subsubsection{Citing Jalview}
189 If you use Jalview in your work you should cite:\newline
190 {\sl ``Jalview Version 2 - a multiple sequence alignment editor and analysis workbench"}\newline
191 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
192
193 This paper supersedes the original Jalview publication:\newline {\sl ``The Jalview Java alignment
194 editor"} \newline Michele Clamp, James Cuff, Stephen M. Searle and Geoffrey J. Barton (2004) \newline {\sl Bioinformatics} {\bf 20} 426-427. 
195
196   \r\subsection{About this tutorial }
197
198 This tutorial is written in a manual format with short exercises where
199 appropriate, typically at the end of each section. This chapter concerns the
200 basic operation of Jalview and should be sufficient for those who just want to
201 load Jalview (Section \ref{startingjv}), open an alignment (Section \ref{loadingseqs}), perform basic editing and colouring (Section \ref{selectingandediting} and Section \ref{colours}), and produce publication
202 and presentation quality graphical output (Section \ref{layoutandoutput}).
203
204 Chapter \ref{analysisannotation} covers the additional visualization and
205 analysis techniques that Jalview provides. This includes working with the
206 embedded Jmol molecular structure viewer, building and viewing trees and PCA
207 plots, and using trees for sequence conservation analysis. An overview of
208 the Jalview Desktop's webservices is given in Section \ref{jvwebservices}, and
209 the alignment and secondary structure prediction services are described
210 in detail in Sections \ref{msaservices} and \ref{protsspredservices}. Following
211 this, Section \ref{featannot} details the creation and visualization of sequence
212 and alignment annotation, and the retrieval of sequences and annotation from
213 databases and DAS Servers. Finally, Section \ref{workingwithnuc} discusses
214 specific features of use when working with nucleic acid sequences and protein
215 coding regions.
216
217 %^Chapter \ref{jalviewadvanced} The third chapter covers the detail^ of Jalview and is aimed at the user who is
218 %already familiar with Jalview operation but wants to get more out of their
219 %Jalview experience.
220
221 \subsubsection{Typographic Conventions}
222
223 Keystrokes using the special non-symbol keys are represented in the tutorial by enclosing the pressed keys with square brackets ({\em e.g.} [RETURN] or [CTRL]). Keystroke combinations are combined with a `-' symbol ({\em e.g.} [CTRL]-C means press [CTRL] and the `C' key). Menu options are given as a path from the menu that contains them - for example {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} means to select the `From URL' option from the `Input Alignment' submenu of a window's `File' dropdown menu.
224 \r\section{Obtaining and starting The Jalview Desktop Application}
225 \label{startingjv}
226 \begin{figure}[htbp]
227 \begin{center}
228 \includegraphics[width=4.5in]{images/download.pdf}
229 \caption{{\bf Download page on the Jalview web site}}
230 \label{download}
231 \end{center}
232 \end{figure}
233
234 This tutorial is based on the application version of Jalview, the Jalview
235 Desktop. Much of the information will also be useful for users of the JalviewLite
236 applet, which has the same core editing, analysis and visualization capabilities (see the
237 \href{http://www.jalview.org/examples/applets.html}{JalviewLite Applet Examples}
238 page for examples). The Jalview Desktop, however, is much more powerful, and
239 includes additional support for interaction with external web services, and
240 production of publication quality graphics.
241
242 The Jalview Desktop can be run in two ways; as an application launched from the
243 web via Java Web Start, or as an application loaded onto your hard drive. Both
244 versions are obtained from the Download page at the the Jalview web site
245 (http://www.jalview.org/).
246
247 Jalview can be started directly with webstart by navigating to the Download page
248 (via the menu on the left hand side), and clicking the `Start with Java Webstart'
249 button. (Figure \ref{download}). This will always launch the latest stable
250 release of Jalview.\par
251
252 The application will start automatically though you may be prompted to accept a
253 security certificate signed by the Barton Group. You can always trust us, so click trust
254 or accept as appropriate. The splash screen (Figure \ref{splash}) gives
255 information about the version and build date that you are running,
256 information about later versions (if available), and the paper to cite in your
257 publications. This information is also available on the Jalview web site and from the {\sl Help $\Rightarrow$ About} menu option.
258
259 %[fig 2] 
260 \begin{figure}[htbp]
261
262 \begin{center}
263 \includegraphics[width=4.5in]{images/splash.pdf}
264 \caption{{\bf Jalview splash screen}}
265 \label{splash}
266 \end{center}
267 \end{figure}
268 \rWhen Jalview starts it will automatically load an example alignment from the
269 Jalview site. This behaviour can be changed in the Jalview Desktop preferences
270 dialog opened from the Desktop's {\sl Tools $\Rightarrow$ Preferences..} menu.
271 This alignment will look like the one in Figure \ref{startpage} (this is taken
272 from Jalview version 2.7).
273
274 %[figure 3 ]
275 \begin{figure}[htbp]
276 \begin{center}
277 \includegraphics[width=4in]{images/start.pdf}
278 \caption{{\bf Default startup for Jalview}}
279 \label{startpage}
280 \end{center}
281 \end{figure}
282
283
284 \subsubsection{Jalview News RSS Feed}
285
286 From time to time, important announcements are made available to users of the
287 Jalview Destop {\sl via} the Jalview News reader. This window will open
288 automatically when new news is available, and can also be accessed via the
289 Desktop's `{\sl Tools $\Rightarrow$ Show Jalview News}' menu entry. 
290
291 \begin{figure}[htbp]
292 \begin{center}
293 \includegraphics[height=3in]{images/jvrssnews.pdf}
294 \caption{{\bf The Jalview News Reader.} The news reader opens automatically
295 when new articles are available from the Jalview Desktop's news channel.}
296 \label{jalviewrssnews}
297 \end{center}
298 \end{figure}
299
300
301 \exercise{Starting Jalview}{
302 \label{start}
303 \exstep{Point your web browser at the \href{http://www.jalview.org}{Jalview web site} and start Jalview by clicking on the `Start with Java WebStart' button.}
304 \exstep{Open the Jalview Desktop's user preferences dialog (from the Tools
305 menu), and untick the checkbox adjacent to the `Open file' entry in the
306 `Visual' preferences tab.}
307 \exstep{Click OK to save the preferences, then \em{launch another Jalview
308 instance from the web site}. The example alignment should not be
309 loaded when the new Jalview instance starts up.}
310 {\sl Note: Should you want to reload the example alignment, then select the
311 {\em File$\Rightarrow$ From URL} entry from the Desktop menu, and click on the
312 URL history button on the right hand side of the dialog box that opens to
313 recover the example file's URL, followed by OK, to open the file. } }
314
315 \subsection{Getting Help}
316 \label{gettinghelp}
317 \subsubsection{Built in documentation}
318 Jalview has comprehensive on-line help documentation. Select  {\sl Help $\Rightarrow$ Documentation} from the main window menu and a new window will open (Figure \ref{help}). The appropriate topic can then be selected from the navigation panel on the left hand side. To search for a specific topic, click the `search' tab and enter keywords in the box which appears.
319
320
321 \begin{figure}[htbp]
322 \begin{center}
323 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=2.75in]{images/help1.pdf}}}
324 \parbox[c]{4in}{\includegraphics[width=4in]{images/help2.pdf}}
325 \caption{{\bf Accessing the built in Jalview documentation}}
326 \label{help}
327 \end{center}
328 \end{figure}
329
330 \subsubsection{Email lists}
331
332 The Jalview Discussion list {\tt jalview-discuss@jalview.org} provides a forum for Jalview users and developers to raise problems and exchange ideas - any problems, bugs, and requests for help should be raised here. The {\tt jalview-announce@jalview.org} list can also be subscribed to if you wish to be kept informed of new releases and developments. Archives and mailing list subscription details can be found on the Jalview web site.
333 \r\section{Navigation}
334 \label{jvnavigation}
335 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.  
336
337  Jalview has two navigation and editing modes: normal mode, where editing and navigation is performed using the mouse, and cursor mode where editing and navigation are performed using the keyboard. The F2 key is used to switch between these two modes. 
338
339 \begin{figure}[htb]
340 \begin{center}
341 \includegraphics[width=6.5in]{images/jalview_anatomy.pdf}
342 \caption{{\bf The anatomy of Jalview.} The major features of the Jalview Desktop Application are labelled.}
343 % TODO: modify text labels to be clearer - black on grey and black border for clarity
344 \label{anatomy}
345 \end{center}
346 \end{figure}
347
348 \subsection{Navigation in Normal mode}
349 \rJalview always starts up in Normal mode, where the mouse is used to interact with the displayed alignment view. You can move about the alignment by clicking and dragging the ruler scroll bar to move horizontally, or by clicking and dragging the alignment scroll bar to the right of the alignment to move vertically.  If all the rows or columns in the alignment are displayed, the scroll bars will not be visible.\r\r Each alignment view shown in the alignment window presents a window onto the visible regions of the alignment. This means that with anything more than a few residues or sequences, alignments can become difficult to visualize on the screen because only a small area can be shown at a time. It can help, especially when examining a large alignment, to have an overview of the whole alignment. Select {\sl View $\Rightarrow$ Overview Window} from the window menu (Figure \ref{overview}).\r%(Figure4)
350 \begin{figure}[htbp]
351 \begin{center}
352 \includegraphics[width=4.5in]{images/overview.pdf}
353 \caption{{\bf Alignment Overview Window}}
354 \label{overview}
355 \end{center}
356 \end{figure}
357 \rThe red box in the overview window shows the current view in the alignment window. A percent identity histogram is plotted below the alignment overview. Shaded parts indicate rows and columns of the alignment that are hidden (in this case, a single row at the bottom of the alignment - see Section \ref{hidingregions}). You can navigate around the alignment by dragging the red box. %Try this now and see how the view in the alignment window changes.\r\r\parbox[c]{3in}{Alignment and analysis windows are closed by clicking on the usual `close' icon (indicated by arrows on Mac OS X). If you want to close all the alignments and analysis windows at once, then use the {\sl Window $\Rightarrow$ Close All} option from the Jalview desktop (\em{warning: make sure you have saved your work because this cannot be undone !}). }
358 \parbox[c]{3in}{\centerline{\includegraphics[width=2.5in]{images/start_closeall.pdf}
359 }}
360
361 \subsection{Navigation in Cursor mode}
362 \label{cursormode}
363 \parbox[c]{5in}{Cursor mode navigation enables the experienced user to quickly and precisely navigate, select and edit parts of an alignment. On pressing F2 to enter cursor mode the position of the cursor is indicated by a black background and white text. The cursor can be placed using the mouse or moved by pressing the arrow keys ($\uparrow$, $\downarrow$, $\leftarrow$, $\rightarrow$). 
364 }\parbox[c]{1.25in}{\centerline{\includegraphics[width=0.8in]{images/cursor1.pdf}}}
365
366 Rapid movement to specific positions is accomplished as listed below:
367 \begin{list}{$\circ$}{}
368 \item {\bf Jump to Sequence {\sl n}:} Type a number {\sl n} then press [S] to move to sequence (row) {\sl n}  
369 \item {\bf Jump to Column {\sl n}:} Type a number {\sl n} then press [C] to move to column {\sl n} in the alignment.  
370 \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.  
371 \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]. 
372 \end{list}
373
374 \exercise{Navigation}{
375 \label{navigate}
376 \exstep{Scroll around the alignment using the alignment (vertical) and ruler (horizontal) scroll bars.}
377 \exstep{Find and open the Overview Window. Move around the alignment by clicking and dragging the red box in the overview window.}
378 \exstep{Look at the status bar as you move the mouse over the alignment. It should indicate information about the sequence and residue under the cursor.
379 }
380 \exstep{Press [F2] to enter Cursor mode. Use the arrow keys to move the cursor around the alignment. 
381 Move to sequence 7 by pressing {\sl 7 S}. Move to column 18 by pressing {\sl 1 8 C}. Move to residue 18 by pressing {\sl 1 8 P}. Note that these can be two different positions if gaps are inserted into the sequence. Move to sequence 5, column 13 by typing {\sl 1 3 , 5 [RETURN]}.
382 }
383
384 \subsection{The Find Dialog Box}
385 \label{searchfunction}
386 A further option for navigation is to use the {\sl Select $\Rightarrow$
387 Find\ldots} function. This opens a dialog box into which can be entered regular
388 expressions for searching sequences and sequence IDs, or sequence numbers. Hitting the [Find next] button will highlight the first (or next) occurrence of that pattern in the sequence ID panel or the alignment, and will adjust the view in order to display the highlighted region. The Jalview help provides comprehensive documentation for this function, and a quick guide to the regular expressions that can be used with it.
389
390 %TODO insert a figure for the Find dialog box
391
392 \r\section{Loading your own sequences}\r\label{loadingseqs}\rJalview provides many ways to load your own sequences. %For this section of the tutorial you will need to download the file http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa to a suitable location on your hard drive.\r\r\subsection{Drag and Drop}\r      In most operating systems you can just drag a file icon from a file browser\r    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\rto that alignment. Drag and drop also works when loading data from a URL -\rsimply drag the link or url from the address panel of your browser on to an\ralignment or the Jalview desktop background and Jalview will load data from the\rURL directly.\r%  (Figure \ref{drag})
393 % %[fig 5]\r% \begin{figure}[htbp]\r% \begin{center}\r% \includegraphics[width=2in]{images/drag2.pdf}\r% \includegraphics[width=2in]{images/drag3.pdf}\r% \caption{{\bf An alignment can be opened by dragging the file onto the Jalview window. }}\r% \label{drag}\r% \end{center}\r% \end{figure}\r\r% %\includegraphics[width=2in]{images/drag1.pdf}
394
395 \r\subsection{From a File}\r      Jalview can read sequence alignments from a sequence alignment file. This is a text file, not a word processor document. For entering sequences from a wordprocessor document see Cut and Paste  (Section \ref{cutpaste}) below. Select {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From File} from the main menu (Figure \ref{loadfile}). You will then get a file selection window where you can choose the file to open. Remember to select the appropriate file type. Jalview can automatically identify some sequence file formats.\r\r%[fig 6]\r\begin{figure}[htbp]
396 \begin{center}
397 \includegraphics[width=2in]{images/loadfilebox.pdf}
398 %\includegraphics[width=2in]{images/loadfilebox2.pdf}
399 \includegraphics[width=3in]{images/loadfileboxdrop.pdf}
400 \caption{{\bf Opening an alignment from a file saved on disk. }}
401 \label{loadfile}
402 \end{center}
403 \end{figure}
404 \r\subsection{From a URL}\r       Jalview can read sequence alignments directly from a URL. Please note that the files must be in a sequence alignment format - a pretty HTML alignment or graphics file cannot be read by Jalview. \rSelect {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} from the main menu and a window will appear asking you to enter the URL (Figure\ref{loadurl}). Jalview will attempt to automatically discover the file format.\r\r%[fig 7]
405 \begin{figure}[htbp]
406 \begin{center}
407 \includegraphics[width=2in]{images/menuloadurl.pdf}
408 \includegraphics[width=3in]{images/loadurlbox.pdf}
409 \caption{{\bf Opening an alignment from a URL }}
410 \label{loadurl}
411 \end{center}
412 \end{figure}
413 \r\subsection{Cut and Paste}
414 \label{cutpaste}\rDocuments such as those produced by Microsoft Word cannot be readily understood\rby Jalview. The way to read sequences from these documents is to select the\rdata from the document and copy it to the clipboard. There are two ways to\rdo this. One is to right-click on the desktop background, and select the\r`Paste to new alignment' option in the menu that appears. The other is to select\r{\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From Textbox} from the\rmain menu, and paste the sequences into the textbox window that will appear\r(Figure \ref{loadtext}). In both cases, presuming that they are in the right\rformat, Jalview will happily read them into a new alignment window.\r%[fig 8]
415
416 \begin{figure}[htbp]
417 \begin{center}
418 \includegraphics[width=2in]{images/menuloadtext.pdf}
419 \includegraphics[width=3in]{images/loadtextbox.pdf}
420 \caption{{\bf Opening an alignment from pasted text }}
421 \label{loadtext}
422 \end{center}
423 \end{figure}
424
425 \r\subsection{From a public database}
426 \label{fetchseq}\rJalview can retrieve sequences and sequence alignments from the public
427 databases housed at the European Bioinformatics Institute, such as Uniprot,\rPfam and the PDB, as well as any DAS sequence server registered at the\rconfigured DAS registry. This facility avoids having to manually locate, save\rand load the sequences, and allows Jalview to gather additional metadata\rprovided by the source, such as annotation and database cross references.\rSelect {\sl File $\Rightarrow$ Fetch Sequence(s) \ldots} from the main menu and\ra window will appear (Figure \ref{loadseq}). Use the menu box to select the\rappropriate database, enter a sequence ID/accession number, or several\rseparated by a semicolon and Jalview will attempt to retrieve it/them from the
428 chosen database source. Example queries are provided to test that a source is\roperational, and can also be used as a guide for the type of accession numbers\runderstood by the source.\r%[fig 9]\r\begin{figure}[htbp]
429 \begin{center}
430 \includegraphics[width=2.5in]{images/fetchseq.pdf}
431 \caption{{\bf Retrieving sequences from a public database}}
432 \label{loadseq}
433 \end{center}
434 \end{figure}
435   
436
437 \exercise{Loading sequences}{
438 \label{load}
439 \exstep{Start Jalview then close all windows by selecting {\sl Window $\Rightarrow$ Close All} from the main menu}
440 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} from the main menu and enter \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa} in the box. Click {\sl OK} and the alignment should load.
441 }
442 \exstep{Close all windows using the {\sl Window $\Rightarrow$ Close All} main
443 menu option. Point your web browser at the same \href{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}{URL} and save the file to
444 your desktop. Open this file in Jalview by selecting {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From File} from the main menu and browsing to the appropriate location. Click OK and load the alignment } 
445 \exstep{Drag the alignment.fa file from the desktop onto the Jalview window. The
446 alignment should open. Try dragging onto an empty Jalview and onto an existing
447 alignment and observe the results. You can also try dragging the
448 \href{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}{URL} directly onto Jalview.
449 }
450 \exstep{ Select {\sl File $\Rightarrow$ Fetch Sequence(s).. } from the main menu. Select the {\sl PFAM (seed)} database and enter the accession number PF03460. Click OK. An alignment of about 107 sequences should load. }
451 \exstep{Open the \href{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}{URL} in a
452 web browser. Select and copy the entire text to the clipboard (usually via the
453 browser's {\sl Edit $\Rightarrow$ Copy} menu option). Ensure Jalview is running
454 and select {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From Textbox} .
455 Paste the clipboard into the large window using the {\sl Edit $\Rightarrow$
456 Paste} text box menu option. Click {\sl New Window} and the alignment will be
457 loaded. } }
458
459 \subsection{Memory Limits}
460 \label{memorylimits}
461 Jalview is a Java program. One unfortunate implication of this is that it does
462 not allow Jalview to dynamically request additional memory from the operating
463 system. It is important, therefore, that you ensure that you have allocated
464 enough memory to work with your data. On most occasions, Jalview will warn you
465 when you have tried to load an alignment that is too big to fit in to memory (for
466 instance, some of the PFAM alignments are {\bf very} large). You can find out how
467 much memory is available to Jalview with the desktop window's {\sl $\Rightarrow$
468 Tools $\Rightarrow$ Show Memory Usage} function, which enables the display of the
469 currently available memory at the bottom left hand side of the Desktop window's
470 background. Should you need to increase the amount of memory available to
471 Jalview, full instructions are given in both the built in documentation and on
472 the JVM memory parameters page (http://www.jalview.org/jvmmemoryparams.html) on
473 the website.
474
475 \r\section{Writing sequence alignments}
476 \label{savingalignments} \subsection{Saving the alignment} Jalview allows the
477 current sequence alignments to be saved to file so they can be restored at a
478 later date, passed to colleagues or analysed in other programs. From the
479 alignment window menu select {\sl File $\Rightarrow$ Save As} and a dialog box
480 will appear (Figure \ref{savealign}). You can navigate to an appropriate
481 directory in which to save the alignment. Jalview will remember the last filename
482 and format used to save (or load) the alignment, enabling you to quickly update
483 the file after editing by using the {\sl File $\Rightarrow$ Save} entry.
484
485 Jalview offers several different formats in which an alignment can be saved. The jalview format is the only one which will preserve the colours, groupings and similar information in the alignment. The other formats produce text files containing just the sequences with no visualization information, although some allow limited annotation and sequence features to be stored (e.g. AMSA). Unfortunately only Jalview can read Jalview files. The {\sl File $\Rightarrow$ Output To Textbox} menu option allows the alignment to be copied and pasted into other documents or web servers. 
486 \r%[fig 10]
487 \begin{figure}[htbp]
488 \begin{center}
489 \parbox[c]{1.0in}{
490 \includegraphics[width=1.0in]{images/saveas.pdf}
491 }
492 \parbox[c]{4in}{
493 \includegraphics[width=4in]{images/saveas2.pdf}
494 }
495 \caption{{\bf Saving alignments in Jalview to disk}}
496 \label{savealign}
497 \end{center}
498 \end{figure}
499
500 \subsection{Jalview Projects}\r\parbox[c]{4in}{If you wish to save the complete Jalview session rather than just one alignment (e.g. because you have calculated trees or multiple different alignments) then your work should be saved as a Jalview Project file\footnote{Tip: Ensure that you have allocated plenty of memory to Jalview when working with large alignments in Jalview projects. See Section \protect \ref{memorylimits} above for how to do this.}.
501 From the main menu select {\sl File $\Rightarrow$ Save Project} and a file save dialog box will appear. Loading a project will restore Jalview to exactly the view at which the file was saved, complete with all alignments, trees, annotation and displayed structures rendered appropriately.
502 }
503 \parbox[c]{2in}{
504 \centerline {
505 \includegraphics[width=1.5in]{images/saveproj.pdf}
506 }}
507
508 \exercise{Saving Alignments}{
509 \label{save}
510 \exstep{Start Jalview, close all windows and load the ferredoxin alignment from
511 PFAM (PFAM Seed accession number PF03460 (see Exercise \ref{load}). }
512 \exstep{
513 Select {\sl File $\Rightarrow$ Save As} from the alignment window menu. Choose a location into which to save the alignment and select a format. All formats except {\sl  Jalview } can be viewed in a normal text editor (e.g. Notepad) or in a web browser. Enter a file name and click {\sl Save}. Check this file by browsing to it with your web browser or by closing all windows and opening it with Jalview. 
514 }
515 \exstep{ Repeat the previous step trying different file formats.}
516 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Output to Textbox $\Rightarrow$ FASTA}. You can select and copy this alignment to the clipboard using the textbox menu options {\sl Edit $\Rightarrow$ Select All} followed by {\sl Edit $\Rightarrow$ Copy}. The alignment can then be pasted into any application of choice, e.g. a word processor or web form.
517 }
518 \exstep{Ensure at least one alignment window is shown in Jalview. Open the
519 overview window and scroll to any part of the alignment. Select {\sl File
520 $\Rightarrow$ Save Project} from the main menu and save in a suitable place.
521 Close all windows and then load the project via the {\sl File $\Rightarrow$ Load Project} menu option. Note how all the windows and positions  are exactly as they were when they were saved. } }
522 \r\r\section{Selecting and editing sequences}
523 \label{selectingandediting} \rJalview makes extensive use of selections - most of the commands available from
524 its menus operate on the currently selected region of the alignment, either to
525 change their appearance or perform some kind of analysis. This section
526 illustrates how to make and use selections and groups.
527 \r\subsection{Selecting parts of an alignment}
528 Selections can be of arbitrary regions in an alignment, one or more complete columns, or one or more complete sequences.
529  
530 A selected region can be copied and pasted as a new alignment using the {\sl Edit $\Rightarrow$ Copy} and {\sl Edit $\Rightarrow$ Paste $\Rightarrow$ New Alignment}  alignment window menu options.
531
532 To clear (unselect)  the selection press the [ESC] (escape) key.
533
534 \subsubsection{Selecting arbitrary regions}\rTo select part of an alignment, place the mouse at the top left corner of the region you wish to select. Press the mouse button and drag the mouse to the bottom right corner of the chosen region before releasing the mouse button. A dashed red box appears around the selected region (Figure \ref{select}). \r%[fig 12]
535
536 \begin{figure}[htbp]
537 \begin{center}
538 \includegraphics[width=4in]{images/select1.pdf}
539 \caption{{\bf Selecting a region in an alignment}}
540 \label{select}
541 \end{center}
542 \end{figure}
543
544 \subsubsection{Selecting columns}\rTo select the same residues in all sequences, click and drag along the alignment ruler. This selects the entire height of the alignment. Ranges of positions can also be selected by clicking on the first position then holding down the [SHIFT] key whilst clicking the other end of the selection. Discontinuous regions can be selected by holding down [CTRL] and clicking on positions to add to the column selection. Note that each [CTRL]-Click changes the current selected sequence region to that column, but adds to the column selection. Selected columns are indicated by red highlighting in the ruler bar (Figure \ref{selectcols}).\r%[fig 13]
545
546 \begin{figure}[htbp]
547 \begin{center}
548 \includegraphics[width=4in]{images/select2.pdf}
549 \caption{{\bf Selecting multiple columns in an alignment.} The red highlighting
550 on the alignment ruler marks the selected columns. Note that only the most
551 recently selected column has a dashed-box around it to indicate a region
552 selection. }
553 \label{selectcols}
554 \end{center}
555 \end{figure}
556
557 \subsubsection{Selecting sequences}
558
559 \begin{figure}[htb]
560 \begin{center}
561 \includegraphics[width=4in]{images/select3.pdf}
562 \caption{{\bf Selecting multiple sequences in an alignment.} Use [CTRL] or [SHIFT] to select many sequences at once.}
563 \label{selectrows}
564 \end{center}
565 \end{figure}
566 \rTo select multiple complete sequences, click and drag the mouse down the\rsequence ID panel. The same technique as used for columns above can be used with [SHIFT]-Click for continuous and [CTRL]-Click to select discontinuous ranges of sequences (Figure \ref{selectrows}).\r%[fig 14]
567
568 \subsubsection{Making selections in Cursor mode}
569
570 To define a selection in cursor mode (which is enabled by pressing [F2]),
571 navigate to the top left corner of the proposed selection (using keystroke
572 commands, the arrow keys or the mouse). Pressing the [Q] key marks this as the
573 corner. A red outline appears around the cursor (Figure \ref{cselect})
574
575 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.
576
577 \begin{figure}[htbp]
578 \begin{center}
579 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel1.pdf}
580 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel2.pdf}
581 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel3.pdf}
582 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel4.pdf}
583 \caption{{\bf Making a selection in cursor mode.} Navigate to the top left corner (left), press [Q] (left center), navigate to the bottom right corner (right center) and press [M] (right)}
584 \label{cselect}
585 \end{center}
586 \end{figure}
587
588 \subsubsection{Inverting the current selection}
589
590 The current sequence or column selection can be inverted, using  {\tr Select
591 $\Rightarrow$ Invert {\bf Sequence/Column} Selection} in the Alignment window.
592 Inverting the selection is particularly useful when hiding regions in a large
593 alignment (see Section \ref{hidecol} below). Instead of selecting the columns
594 and rows that are to be hidden, simply select the region that is to be kept
595 visible, and then invert the selection.\footnote{It is also possible to hide
596 everything but the selected region using the {\sl View $\Rightarrow$ Hide
597 $\Rightarrow$ All but selected region } menu entry.}
598 \r\r\subsection{Creating groups}\rSelections are lost as soon as a different region is selected. Groups can be
599 created which are labeled regions of the alignment. To create a group, first
600 select the region which is to comprise the group. Then click the right mouse
601 button on the selection to bring up a context menu. Select {\sl Selection
602 $\Rightarrow$ Group $\Rightarrow$ Edit name and description of
603 current group}\footnote{In earlier versions of Jalview, this entry was variously
604 `Group', `Edit Group Name', or `JGroupXXXXX' (Where XXXXX was some serial
605 number).} then enter a name for the group in the dialogue box which appears.
606
607 \begin{figure}
608 \begin{center}
609 \includegraphics[width=3in]{images/group1.pdf}
610 \includegraphics[width=1.5in]{images/newgroup.pdf}
611 \caption{{\bf Creating a new group from a selection}}
612 \label{makegroup}
613 \end{center}
614 \end{figure}
615
616 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.
617
618 \subsection{Exporting the current selection}
619
620 The current selection can be copied to the system clipboard (in PFAM format). It can also be output to a textbox using the output functions in the pop-up menu obtained by right clicking the current selection. The textbox enables quick manual editing of the alignment prior to importing it into a new window (using the [New Window] button) or saving to a file with the {\sl File $\Rightarrow$ Save As } pulldown menu option from the text box.
621
622
623 \exercise{Making selections and groups}{
624 \label{exselect}
625 \exstep{Close all windows in  Jalview and load the ferredoxin alignment (PFAM
626 ID PF03460). Choose a residue and  place the mouse cursor on it. Click and drag the mouse cursor to create a selection. As you drag, a red box will `rubber band' out to show the extent of the selection. Release the mouse button and a red box should border the selected region. Now press [ESC] to clear the selection.} \exstep{
627 Select one sequence by clicking on the id panel. Note that the sequence ID takes on a highlighted background and a red box appears around the selected sequence. Now hold down [SHIFT] and click another sequence ID a few positions above or below. Note how the selection expands to include all the sequences between the two positions on which you clicked.
628 Now hold down [CTRL] and click on several sequences ID's both selected and unselected. Note how unselected IDs are individually added to the selection and previously selected IDs are individually deselected. 
629 }
630 \exstep{ Repeat the step above but selecting columns by clicking on the ruler bar instead of selecting rows by clicking on the sequence ID.
631 }
632 \exstep{Press [F2] to enter Cursor mode. Navigate to column 59, row 1 by pressing {\sl 5 9 , 1 [RETURN]}. Press {\sl Q} to mark this position. Now navigate to column 65, row 8 by pressing {\sl 6 5 , 8 [RETURN]}. Press {\sl M} to complete the selection.}
633 \exstep{\label{exselectgrpcolour}Open the popup menu by right-clicking the
634 selected region with the mouse. Open the {\sl Selection $\Rightarrow$ Group $\Rightarrow$ Group Colour } menu and select `Percentage Identity'. This will turn the selected region into a group. }
635 \exstep{Hold down [CTRL] and use the mouse to select and deselect sequences by clicking on their Sequence ID label. Note how the group expands to include newly selected sequences, and the `Percentage Identity' colouring changes. }
636 \exstep{
637 Use the mouse to click and drag the right-hand edge of the selected group. Note again how the group resizes.}
638
639 \exstep{
640 Right click on the text area to open the selection popup-menu. Follow the menus an pick an output format from the {\sl Selection $\Rightarrow$ Output to Textbox \ldots} submenu. 
641 }
642 \exstep{Try manually editing the alignment and then press the [New Window] button to import the file into a new alignment window.}
643
644 % more? change colouring style. set border colour.
645 }
646 \r\subsection{Reordering the alignment}\rSequence reordering is simple. Highlight the sequences to move 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.\r\r\begin{figure}[htbp]
647 \begin{center}
648 \includegraphics[width=3in]{images/move1.pdf}
649 \includegraphics[width=3in]{images/move2.pdf}
650 \caption{{\bf Reordering the alignment.} The selected sequence moves up one position on pressing the $\uparrow$ key}
651 \label{reorder}
652 \end{center}
653 \end{figure}
654
655 \exercise{Reordering the alignment}{
656 \exstep{Open an alignment (e.g.the PFAM domain PF03460). Select one sequence. Using the up and down arrow keys, alter its position in the alignment.
657 }
658 \exstep{Hold [CTRL] and select two sequences separated by one or more un-selected sequences. Note how multiple sequences are grouped together when they are re-ordered using the up and down arrow keys.
659 }
660 }
661
662
663 \subsection{Hiding regions}
664 \label{hidingregions}
665 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 several different views of the example alignment in the file that is loaded when Jalview is first started (See Figure \ref{startpage}).
666
667 To hide a set of sequences, select them and right-click the mouse on the selected sequence IDs to bring up the context menu. Select {\sl Hide Sequences} and the sequences will be concealed, with a small 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.
668
669
670  \begin{figure}[htbp]
671 \begin{center}
672 \includegraphics[width=1.5in]{images/hide1.pdf}
673 \includegraphics[width=2.5in]{images/hide2.pdf}
674 \includegraphics[width=1.75in]{images/hide3.pdf}
675 \caption{{\bf Hiding Sequences} Hidden sequences are represented by a blue triangle in the sequence ID panel}
676 \label{hideseq}
677 \end{center}
678 \end{figure}
679
680 A similar mechanism applies to columns (Figure \ref{hidecol}). Selected columns (indicated by a red marker) can be hidden and revealed in the same way via the context menu (right click) on the ruler bar. The hidden column selection is indicated by a blue triangle in the ruler bar.
681
682  \begin{figure}[htbp]
683 \begin{center}
684 \includegraphics[width=2in]{images/hide4.pdf}
685 \includegraphics[width=3in]{images/hide5.pdf}
686 \includegraphics[width=1in]{images/hide6.pdf}
687 \caption{{\bf Hiding Columns} Hidden columns are represented by a blue triangle in the ruler bar}
688 \label{hidecol}
689 \end{center}
690 \end{figure}
691
692 It is often easier to select the region that you intend to work with, rather
693 than the regions that you want to hide. In this case, use the {\sl View $\Rightarrow$ Hide
694 $\Rightarrow$ All but selected region } menu entry, or press [Shift]+[Ctrl]+H
695 to hide the unselected region.
696
697 \subsubsection{Representing a group with a single sequence}
698
699 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. 
700
701 \exercise{Hiding and revealing regions}{
702 \exstep{Close all windows then open the PFAM accession PF03460. Select a contiguous set of sequences by clicking and dragging on the sequence ID panel. Right click on the selected sequence IDs and select {\sl Hide Sequences}.
703 }
704 \exstep{
705 Right click on the blue triangle indicating hidden sequences and select {\sl Reveal Sequences}. (If you have hidden all sequences then you will need to use the alignment window menu option {\sl View $\Rightarrow$ Show $\Rightarrow$ All Sequences.})
706 }
707 \exstep{
708 Repeat but using a non-contiguous set of sequences. Note that when multiple regions are hidden there are two options, {\sl Reveal Sequences} and {\sl Reveal All}.
709 }
710 \exstep{Repeat the above but hiding and revealing columns instead of sequences.
711 }
712 \exstep{Select a region of the alignment, add in some additional columns to the
713 selection, and experiment with the `Hide all but selected region' function. }
714 \exstep{Select some sequences and pick one to represent the rest. Bring up the sequence ID pop-up menu for that sequence and select the {\sl Represent group with $<$Sequence ID$>$ } option. Use the pop-up menu again to reveal the hidden sequences that you just picked a representative for.}
715 }
716
717
718
719
720 \subsection{Introducing and removing gaps}
721
722 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).
723
724 \subsubsection{Locked Editing}
725 \label{lockededits}
726 The Jalview alignment editing model is different to that used in other alignment
727 editors. Because edits are restricted to the insertion and deletion of gaps to the left of a particular sequence position, editing has the effect of shifting the rest of the sequence(s) being edited down or up-stream with respect to the rest of alignment. The {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps} option can be enabled to eliminate `ragged edges' at the end of the alignment, but does not avoid the `knock-on' effect which is sometimes undesirable. However, its effect can be limited by performing the edit within a selected region. In this case, gaps will only be removed or inserted within the selected region. Edits are similarly constrained when they occur adjacent to a hidden column.
728
729 \subsubsection{Introducing gaps in a single sequence}
730
731 To introduce a gap, place the cursor on the residue to the immediate right of where the gap should appear. Hold down the SHIFT key and the left mouse button, then drag the sequence to the right till the required number of gaps has been inserted.
732
733 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.
734
735 \subsubsection{Introducing gaps in all sequences of a group}
736
737 To insert gaps in all sequences in a selection or group, place the mouse cursor on any residue in the selection or group to the immediate right of the position in which a gap should appear. Hold down the CTRL key and the left mouse button, then drag the sequences to the right until the required number of gaps has appeared.
738
739 Gaps can be removed by dragging the residue to the immediate right of the gap
740 leftwards whilst holding down [SHIFT] (for single sequences) or [CTRL] (for a group of sequences).
741 \subsubsection{Sliding Sequences}
742
743 Pressing the [$\leftarrow$] or [$\rightarrow$] arrow keys when one or more
744 sequences are selected will ``slide'' the selected sequences to the left or
745 right (respectively). Slides occur regardless of the region selection -
746 which, for example, allows you to easily reposition misaligned subfamilies
747 within a larger alignment.
748
749 \subsubsection{Undoing edits}
750 Jalview supports the undoing of edits via the {\sl Edit $\Rightarrow$ Undo Edit}
751 alignment window menu option, or CTRL-Z. An edit, if undone, may be re-applied
752 with {\sl Edit $\Rightarrow$ Redo Edit}, or CTRL-Y. Note, however, that the
753 {\sl Undo} function only works for edits to the alignment or sequence ordering.
754 Colouring of the alignment, showing and hiding of sequences or modification of
755 annotation cannot be undone.
756
757
758 % % better idea to introduce hiding sequences, and use the invert selection, hide
759 % others, to simplify manual alignment construction
760 \exercise{Editing alignments}{
761 \label{mousealedit}
762 % TODO: VERIFY FOR 2.6.1 and 2.7 - NUMBERING/INSTRUCTIONS APPEAR OFF
763 {You are going to manually reconstruct part of the example Jalview alignment
764  available at
765  \href{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}.
766
767  \item{Remember to use [CTRL]+Z to undo an edit, or the {\tr File $\Rightarrow$
768  Reload } function to revert the alignment back to the original version if you
769  want to start again.}
770  \item{ If you are using OSX, and a key combination - such as [CTRL]+A - does
771  not work, then try pressing the [CMD] key instead of [CTRL].
772  }
773 \item{}
774
775 \exstep{ Load the URL
776 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa} which contains part of the
777 ferredoxin alignment from PF03460.
778 }
779
780 \exstep{ Select the first 7 sequences, and press H to hide them (or right click
781 on the sequence IDs to open the sequence ID popup menu, and select {\tr Hide
782 Sequences}). }
783
784 \exstep{ Select FER3\_RAPSA and FER\_BRANA. Slide the sequences to
785 the left so the initial {\bf A} lies at column 57 using the $\Rightarrow$ key.}
786
787 \exstep{ Select FER1\_SPIOL, FER1\_ARATH, FER2\_ARATH, Q93Z60\_ARATH and
788 O80429\_MAIZE (Hint: press [CTRL]-I to invert the sequence selection and then
789 deselect FER1\_MAIZE), and use the $\Rightarrow$ key to slide them to so they
790 begin at column 5 of the alignment view.} 
791
792 \exstep{ Select all the visible
793 sequences in the block by pressing [CTRL]-A. Insert a single gap in all selected
794 sequences at column 38 by holding [CTRL] and clicking on the R in FER1\_SPIOL and
795 dragging one column to right. Insert another gap at column 47 in all sequences in
796 the same way.}
797
798 \exstep{ Correct the ferredoxin domain alignment for FER1\_SPIOL by
799 insert two additional gaps after the gap at column 47: First press [Escape] to
800 clear the selection, then hold [SHIFT] and click and drag on the G and move it
801 two columns to the right.}
802
803 \exstep{ Now complete the
804 alignment of FER1\_SPIOL with a {\bf locked edit} by pressing [ESC] and select
805 columns 47 to 57 of the FER1\_SPIOL row. Move the mouse onto the G at column 50,
806 hold [SHIFT] and drag the G to the left by one column to insert a gap at column
807 57.}
808
809 \exstep{ In the next two steps you will complete the alignment of the last two sequences.
810
811 Select the last two sequences (FER1\_MAIZE and O80429\_MAIZE), then press [SHIFT]
812 and click and drag the initial methionine of O80429\_MAIZE 5 columns to the right
813 so it lies at column 10. Keep holding [SHIFT] and click and drag to insert
814 another gap at the proline at column 25 (16P). Remove the gap at
815 column 44, and insert 4 gaps at column 47 (after AAPM).}
816
817 \exstep{ Hold [SHIFT] and drag the I at column 39 of FER1\_MAIZE 2 columns to the
818 right. Remove the gap at FER1\_MAIZE column 49 by [SHIFT]+click and drag left by
819 one column. Press [Escape] to clear the selection, and then insert three gaps in
820 FER1\_MAIZE at column 47 by holding [SHIFT] and click and drag the S in FER1\_MAIZE to the right by three columns. Finally,
821 remove the gap in O80429\_MAIZE at column 56 using [SHIFT]-drag to the left on
822 42R.}
823
824 \exstep{ Use the
825 {\sl Edit $\Rightarrow$ Undo Edit} and {\sl Edit $\Rightarrow$ Redo Edit} menu
826 option, or their keyboard shortcuts ([CTRL]+Z and [CTRL]+Y) to step backwards
827 and replay the edits you have made} }
828
829 \begin{figure}[htb]
830 \begin{center}
831 \includegraphics[width=3in]{images/edit1.pdf}
832 \includegraphics[width=3in]{images/edit2.pdf}
833 \caption{{\bf Introducing gaps in a single sequence.} Gaps are introduced as the
834 selected sequence is dragged to the right with [SHIFT] pressed.}
835 \label{gapseq}
836 \end{center}
837 \end{figure}
838
839 \begin{figure}[htb]
840 \begin{center}
841 \includegraphics[width=3in]{images/edit3.pdf}
842 \includegraphics[width=3in]{images/edit4.pdf}
843 \caption{{\bf Introducing gaps in a group.} Gaps are introduced as the selected
844 group is dragged to the right with [CTRL] pressed.}
845 \label{gapgroup}
846 \end{center}
847 \end{figure}
848
849
850 \subsubsection{Editing in Cursor mode}
851
852 Gaps can be be easily inserted when in cursor mode (toggled with [F2]) by pressing [SPACE]. Gaps will be inserted at the cursor, pushing the residue under the cursor to the right. To insert {\sl n} gaps type {\sl n} and then press [SPACE]. To insert gaps into all sequences of a group, use [CTRL]-[SPACE] or [SHIFT]-[SPACE] (both keys held down together).
853
854 Gaps can be removed in cursor mode by pressing [BACKSPACE]. The gap under the cursor will be removed. To remove {\sl n} gaps, type {\sl n} and then press [BACKSPACE]. Gaps will be deleted up to the number specified. To delete gaps from all sequences of a group, use [CTRL]-[BACKSPACE] or [SHIFT]-[BACKSPACE] (both keys held down together).
855
856 \exercise{Keyboard edits}{
857 \item{This continues on from exercise \ref{mousealedit}, and recreates the final
858 part of the example ferredoxin alignment from the unaligned sequences using
859 Jalview's keyboard editing mode.}
860
861 \exstep{Load the
862 sequence alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa}, or continue using the edited alignment from exercise \ref{mousealedit}.  If you continue from the previous exercise, then first right click on the sequence ID panel and select {\tr Reveal All}.
863
864 Now, enter cursor mode by pressing [F2]}
865 %TODO: BACKSPACE or DELETE WHEN SEQS ARE SELECTED WILL DELETE ALL SEQS JAL-783
866 \exstep{Insert 58 gaps at the start of the first sequence (FER\_CAPAA). Press {\sl 58} then {\sl [SPACE]}. }
867 \exstep{Go down one sequence and select rows 2-5 as a block. Click on the second sequence ID (FER\_CAPAN). Hold down shift and click on the fifth (FER1\_PEA). }
868 \exstep{Insert 6 gaps at the start of this group. Go to column 1 row 2 by typing {\sl 1,2} then pressing {\sl [RETURN]}. Now insert 6 gaps. Type {\sl 6} then hold down [CTRL] and press the space bar.}
869 \exstep{Now insert one gap at column 34 and another at 38. Insert 3 gaps at 47. Press {\sl 3 4 C} then [CTRL]-[SPACE].  Press {\sl 3 8 C} then [CTRL]-[SPACE]. Press {\sl 4 7 C} then {\sl 3 [CTRL-SPACE]} the first through fourth sequences are now aligned.} 
870 \exstep{The fifth sequence (FER1\_PEA) is poorly aligned. We will delete some gaps and add some new ones. 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 3 1 C [BACKSPACE]} .}
871 \exstep{ Similarly delete the gap now at column 34, then insert two gaps at column 38 . Press {\sl 3 4 C [BACKSPACE]  3 8 C  2 [SPACE]}. Delete three gaps at 44 and insert one at 47 by pressing {\sl 4 4 C 3 [BACKSPACE] 4 7 C [SPACE]}.  The top five sequences are now aligned.}
872 }
873 \r\section{Colouring sequences}
874 \label{colours}
875
876 Colouring sequences is a key aspect of alignment presentation. Jalview allows
877 you to colour the whole alignment, or just specific groups. Alignment and
878 group colours are rendered
879 {\sl below} any other colours, such as those arising from sequence features
880 (these are described in Section \ref{featannot}). This means that if you
881 try to apply one of the colourschemes described in this section, and nothing
882 appears to happen, it may be that you have sequence feature annotation
883 displayed, and you may have to disable it using the {\sl View $\Rightarrow$
884 Show Features} option before you can see your colourscheme.
885
886 There are two main types of colouring styles: simple static residue colourschemes and dynamic schemes which use conservation and consensus analysis to control colouring. A hybrid colouring is also possible, where static residue schemes are modified using a dynamic scheme. The individual schemes are described in Section \ref{colscheme} below.
887
888 \subsection{Colouring the whole alignment}
889
890 \parbox[c]{3.75in}{The alignment can be coloured 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. 
891
892 }\parbox[c]{3in}{
893 \centerline {
894 \includegraphics[width=2.5in]{images/colour2.pdf}
895 }
896 }
897
898 \subsection{Colouring a group or selection}
899
900 Selections or groups can be coloured in two ways. The first is via the Alignment Window's {\sl Colour} menu, after first ensuring that the Apply to all groups flag is not selected. This must be turned off specifically as it is on by default.
901
902 The second method is to use the  {\sl Selection $\Rightarrow$ Group $\Rightarrow$ Group Colour}  context menu option obtained by right clicking on the group (Figure \ref{colgrp}). 
903
904 \begin{figure}[htbp]
905 \begin{center}
906 %TODO update group_col.pdf to show latest jalview group edit submenu
907 \includegraphics[width=4in]{images/group_col.pdf}
908 \caption{{\bf Colouring a group via the context menu.}}
909 \label{colgrp}
910 \end{center}
911 \end{figure}
912
913 \subsection{Shading by conservation}
914 For many colour schemes, the intensity of the colour in a column can be scaled
915 by the degree of amino acid property conservation. Selecting {\sl Colour
916 $\Rightarrow$ By Conservation} enables this mode, and {\sl Modify
917 conservation threshold} brings up a selection box (the {\sl Conservation
918 Threshold dialog box}) allowing the alignment colouring to be modified.
919 Selecting a higher value limits colouring to more highly conserved columns (Figure \ref{colcons}).
920
921  \begin{figure}[htbp]
922 \begin{center}
923 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons1.pdf}
924 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons3.pdf}
925 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons5.pdf}
926 \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.
927 }
928 \label{colcons}
929 \end{center}
930 \end{figure}
931
932 \subsection{Thresholding by percentage identity}
933
934 `Thresholding' is another hybrid colour model where a residue is only coloured
935 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).
936
937 \subsection{Colouring by Annotation}
938 \label{colourbyannotation}
939 \parbox[c]{3in}{
940 Any of the quantitative annotations shown on an alignment can be used to
941 threshold or shade the whole alignment\footnote{Please remember to turn off
942 Sequence Feature display to see the shading}. The {\sl Colour $\Rightarrow$ By
943 Annotation} options opens a dialog which allows you to select which annotation
944 to use, the minimum and maximum shading colours or whether the original
945 colouring should be thresholded (the `Use original colours' option). 
946
947 Default settings for the minimum and maximum colours can be set in the Jalview
948 Desktop's preferences. }\parbox[c]{3in}{
949 \centerline{\includegraphics[width=2.5in]{images/col_byannot.pdf}}}
950 \subsection{Colour schemes} 
951
952 \label{colscheme}
953 Full details on each colour scheme can be found in the Jalview on-line help. A brief description of each one is provided below:
954
955 \subsubsection{ClustalX}
956
957
958  \parbox[c]{3.5in}{This is an emulation of the default colourscheme used for alignments in Clustal X, 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. }
959 \parbox[c]{3in}{\includegraphics[width=2.75in]{images/col_clustalx.pdf}}
960
961 \subsubsection{Blosum62}
962
963 \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 Blosum 62 matrix gives a positive score, it is coloured light blue.}
964 \parbox[c]{3in}{
965 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_blosum62.pdf}
966 }
967
968 \subsubsection{Percentage Identity}
969 \parbox[c]{3.5in}{
970 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.
971 }
972 \parbox[c]{3in}{
973 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_percent.pdf}
974 }
975
976 \subsubsection{Zappo}
977 \parbox[c]{3.5in}{
978 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.
979 }
980 \parbox[c]{3in}{
981 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_zappo.pdf}
982 }
983
984 \subsubsection{Taylor}
985
986 \parbox[c]{3.5in}{
987 This colour scheme was devised by Willie Taylor and an entertaining description of it's origin can be found in Protein Engineering, Vol 10 , 743-746 (1997)
988 }
989 \parbox[c]{3in}{
990 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_taylor.pdf}
991 }
992
993 \subsubsection{Hydrophobicity}
994 \parbox[c]{3.5in}{
995 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.
996 }
997 \parbox[c]{3in}{
998 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_hydro.pdf}
999 }
1000
1001 \subsubsection{Helix Propensity}
1002
1003 \parbox[c]{3.5in}{
1004 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.
1005 }
1006 \parbox[c]{3in}{
1007 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_helix.pdf}
1008 }
1009
1010 \subsubsection{Strand Propensity}
1011
1012 \parbox[c]{3.5in}{
1013 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} Strand propensity. The highest propensity is Yellow, the lowest is blue.
1014 }
1015 \parbox[c]{3in}{
1016 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_strand.pdf}
1017 }
1018
1019
1020
1021 \subsubsection{Turn Propensity}
1022 \parbox[c]{3.5in}{
1023 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} turn propensity. The highest propensity is red, the lowest is cyan.
1024 }
1025 \parbox[c]{3in}{
1026 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_turn.pdf}
1027 }
1028
1029 \subsubsection{Buried Index}
1030 \parbox[c]{3.5in}{
1031 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} burial propensity. The highest propensity is blue, the lowest is green.
1032 }
1033 \parbox[c]{3in}{
1034 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_buried.pdf}
1035 }
1036  
1037
1038 \subsubsection{Nucleotide}
1039 \parbox[c]{3.5in}{
1040 Residues are coloured with four colours corresponding to the four nucleotide bases. All non ACTG residues are uncoloured. See Section \ref{workingwithnuc} for further information about working with nucleic acid sequences and alignments.
1041 }
1042 \parbox[c]{3in}{
1043 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_nuc.pdf}
1044 }
1045
1046
1047
1048 \exercise{Colouring Alignments}{ 
1049 \exstep{
1050 Open a sequence alignment, for example the PFAM domain PF03460. Select the alignment menu option {\sl Colour $\Rightarrow$ ClustalX}. Note the colour change. Now try all the other colour schemes in the {\sl Colour} menu. Note that some colour schemes do not colour all residues.
1051 }
1052 \exstep{
1053 Colour the alignment using {\sl Colour  $\Rightarrow$ Blosum62}. Select a group of around 4 similar sequences. Use the context menu (right click on the group) option {\sl Selection $\Rightarrow$ Group $\Rightarrow$ Group Colour $\Rightarrow$ Blosum62} to colour the selection. Notice how some residues which were not coloured are now coloured. The calculations performed for dynamic colouring schemes like Blosum62 are based on the group being coloured, not the whole alignment (this also explains the colouring changes observed in the group selection exercise step \ref{exselectgrpcolour}).
1054 }
1055 \exstep{
1056 Keeping the same selection as before, colour the complete alignment using {\sl Colour  $\Rightarrow$ Taylor}. Select the menu option  {\sl Colour  $\Rightarrow$ By Conservation}. Slide the selector from side to side and observe the changes in the alignment colouring in the selection and in the complete alignment. 
1057 }
1058 }
1059
1060 \subsubsection{User Defined}
1061 This dialogue allows the user to create any number of named colour schemes at will. Any residue may be assigned any colour. The colour scheme can then be named. If you save the colour scheme, this name will appear on the Colour menu
1062
1063
1064 \begin{figure}[htbp]
1065 \begin{center}
1066 \includegraphics[width=2.5in]{images/col_user1.pdf}
1067 \includegraphics[width=2in]{images/col_user2.pdf}
1068 \includegraphics[width=1.75in]{images/col_user3.pdf}
1069 \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 via the {\sl Colour} menu (right).}
1070 \label{usercol}
1071 \end{center}
1072 \end{figure}
1073
1074
1075 \exercise{User defined colour schemes}{
1076 \exstep{Load a sequence alignment. Select the alignment menu option {\sl Colour $\Rightarrow$ User Defined}. A dialogue window will open.
1077 }
1078 \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.
1079 }
1080 \exstep{ Insert a name in the appropriate field and click {\sl Save Scheme}. You will be prompted for a file name in which to save the colour scheme. The dialogue window can now be closed.
1081 }
1082 \exstep{
1083 The new colour scheme appears in the list of colour schemes in the {\sl Colour} menu and can be selected in future Jalview sessions.
1084 }
1085 }
1086 \r\section{Alignment formatting and graphics output}
1087 \label{layoutandoutput}
1088 Jalview is a WYSIWIG alignment editor. This means that for most kinds of graphics output, the layout that is seen on screen will be the same as what is output in an exported graphics file. It is therefore important to pick the right kind of display layout prior to generating figures. 
1089
1090 \subsection{Multiple Alignment Views}
1091
1092 Jalview is able to create multiple independent visualizations of the same underlying alignment - these are called {\tr 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.
1093
1094 \parbox[c]{4in}{Alignment views are created using the {\tr View $\Rightarrow$ New View} option of the alignment window. This will create a new view with the same groups, alignment layout and display options as the current one. Views may be gathered (by pressing G) together as named tabs on the alignment window, or displayed simultaneously in their own window (by pressing X).}\parbox[c]{2.75in}{
1095 \begin{center}\centerline{
1096 \includegraphics[width=2.5in]{images/mulv_tabs.pdf}}
1097 \end{center}
1098 }
1099
1100 % JBPNote make an excercise on views ?
1101
1102 \subsection{Alignment layout}
1103 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).
1104 \subsubsection{Wrapped alignments}
1105 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. Furthermore, alignment annotation (see Section \ref{featannot}) cannot be interactively created or edited in wrapped mode, and selection of large regions is difficult.
1106 \begin{figure}[htbp]
1107 \begin{center}
1108 \parbox[c]{2in}{\includegraphics[width=2in]{images/wrap1.pdf}}
1109 \parbox[c]{4in}{\includegraphics[width=4in]{images/wrap2.pdf}}
1110 \caption{{\bf Wrapping the alignment}}
1111 \label{wrap}
1112 \end{center}
1113 \end{figure}
1114
1115
1116 \subsubsection{Fonts}
1117
1118 \parbox[c]{4in}{The text appearance in a view can be modified 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.}
1119 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=1.75in]{images/font.pdf}}}
1120
1121 \subsubsection{Numbering and label justification}
1122 Options in the {\sl Format} menu are provided to control the also provides 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.
1123
1124 \subsubsection{Alignment and Group colouring and appearance}
1125 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.  
1126
1127 \subsubsection{Highlighting nonconserved symbols}
1128 The alignment layout and group sub-menu both contain an option to hide
1129 conserved symbols from the alignment display ({\sl Format $\Rightarrow$ Show
1130 nonconserved } in the alignment window or {\sl Popup Menu $\Rightarrow$ Group
1131 $\Rightarrow$ Show nonconserved}). This mode is useful when working with
1132 alignments that exhibit a high degree of homology, because Jalview will only
1133 display gaps or sequence symbols that differ from the consensus for each
1134 column, and render all others with a `.'.
1135 %TODO add a graphic to illustrate this.
1136 \subsection{Annotation ordering and display}
1137 % TODO: describe consensus, conservation, quality user preferences, and group
1138 % annotation preferences.
1139 The annotation lines which appear below the sequence alignment are described in
1140 detail in Section \ref{annot}. They can be hidden by toggling the {\sl View
1141 $\Rightarrow$ Show Annotations} menu option. Additionally, each annotation line
1142 can be hidden and revealed in the same way as sequences via the context menu on
1143 the annotation name panel (Figure \ref{annot}). Annotations can be reordered by
1144 dragging the annotation line label on the annotation label panel. Placing the
1145 mouse over the top annotation label brings up a resize icon. When this is
1146 displayed, Click-dragging up and down alters the relative size of the sequence
1147 alignment and annotation alignment panels.
1148
1149 \begin{figure}
1150 \begin{center}
1151 \includegraphics[width=2.5in]{images/annot1.pdf}
1152 \includegraphics[width=2.5in]{images/annot2.pdf}
1153 \caption{{\bf Hiding Annotations} Annotations can either be hidden from the {\sl View} menu (left) or individually from the context menu (right)}
1154 \label{annot}
1155 \end{center}
1156 \end{figure}
1157
1158 \exercise{Alignment Layout}{
1159 \label{exscreen}
1160 \exstep{Start Jalview and open the URL \textsf{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}. Select {\sl Format $\Rightarrow$ Wrap} from the alignment window menu. Experiment with the various options from the {\sl Format} menu. to adjust the ruler placement, sequence ID format and so on. }
1161 \exstep{Hide all the annotation rows by selecting {\sl View $\Rightarrow$ Show Annotations} from the alignment window menu. Reveal the annotations by selecting the same menu option.} 
1162 \exstep{Right click on the annotation row labels to bring up the context menu.  Select {\sl Hide This Row}. Bring up the context menu again and select {\sl Show All Hidden Rows} to reveal them}
1163 \exstep{Annotations can be reordered by clicking and dragging the row to the desired position. Click on the {\sl Consensus} row and drag it upwards to just above {\sl Quality}. The rows should now be reordered. Features and annotations are covered in more detail in Section \ref{featannot} below.}
1164 \exstep{Move the mouse to the top left hand corner of the Secondary Structure annotation row label - a grey up/down arrow symbol should appear - when this is shown, the height of the {\sl Annotation Area} can be changed by Clicking and dragging the mouse up or down.}
1165 }
1166
1167 \subsection{Graphical output}
1168 \label{figuregen}
1169 \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 via the {\sl File $\Rightarrow$ Export Image $\Rightarrow$ \ldots } alignment window menu option. }
1170 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=1.25in]{images/image.pdf}}}
1171
1172 \subsubsection{HTML}
1173
1174 \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.}
1175 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_html.pdf}}}
1176
1177 \subsubsection{EPS}
1178 \parbox[c]{3in}{EPS is Encapsulated Postscript. It is the format of choice for publication and posters as it gives the highest quality output of any of the image types. It can be scaled indefinitely so will still look good on an A0 poster. This format can be read by most good presentation and graphics packages such as Adobe Illustrator. 
1179 }
1180 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_eps.pdf}} \par \centerline{Zoom Detail of EPS image.}}
1181
1182 \subsubsection{PNG}
1183 \parbox[c]{3in}{
1184 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.
1185
1186 For submission of alignment figures to journals, please use EPS\footnote{If the journal complains, {\em insist}.}.
1187 }
1188 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_png.pdf}} \par \centerline{Zoom Detail of PNG image.}}
1189  \exercise{Graphical Output}{
1190 \exstep{Load the example Jalview Jar file in Exercise \ref{exscreen}. Customise it how you wish but leave it unwrapped. Select {\sl File $\Rightarrow$ Export Image $\Rightarrow$ HTML} from the alignment menu. Save the file and open it in your favourite web browser.  }
1191 \exstep{Now wrap the alignment (Exercise \ref{exscreen}) and export the image to HTML again. Compare the two images. Note that the exported image matches the format displayed in the alignment window but annotations are not exported.}
1192 \exstep{Export the alignment using the {\sl File $\Rightarrow$ Export Image $\Rightarrow$ PNG} menu option. Open the file in an image viewer that allows zooming (eg. Paint or Photoshop on Windows, Preview on Mac OS X) and zoom in. Notice that the image is a bitmap and it becomes pixelated very quickly. Note also that the annotation lines are included in the image.}
1193 \exstep{Export the alignment using the {\sl File $\Rightarrow$ Export Image $\Rightarrow$ EPS} menu option. Open the file in a suitable program such as Ghostview or Preview (Mac OS X). Zoom in and note that the image is indefinitely scalable.}
1194 }
1195
1196 \chapter{Analysis and Annotation}
1197 \label{analysisannotation}
1198
1199 This chapter describes the annotation, analysis, and visualization tasks that the Jalview Desktop can perform. Section \ref{wkwithstructure} introduces the structure visualization capabilities of Jalview. In Section \ref{alignanalysis}, you will find details of the Tree building, viewing and PCA capabilities, alignment redundancy removal, pairwise alignments and alignment conservation analysis. Subsequently, in Section \ref{jvwebservices}, programs available remotely for multiple sequence alignment and secondary structure prediction are described.
1200
1201 Section \ref{featannot} describes the mechanisms provided by Jalview for interactive creation of sequence and alignment annotation and how they are displayed, imported and exported. Section \ref{featuresfromdb} discusses the retrieval of database references and establishment of sequence coordinate systems for the retrieval and display of features from databases and DAS annotation services. Finally, Section \ref{workingwithnuc} describes functions and visualization techniques relevant to working with nucleotide sequences, coding region annotation and nucleotide sequence alignments.
1202
1203 \section{Working with structures}
1204 \label{wkwithstructure}
1205 Jalview facilitates the use of protein structures for the analysis of alignments by providing a linked view of structures associated with protein sequences in the alignment. The Java based molecular viewing program Jmol\footnote{See the Jmol homepage \url{http://www.jmol.org} for more information.} has been incorporated\footnote{Earlier versions of Jalview included MCView - a simple main chain structure viewer. Structures are visualized as an alpha carbon trace and can be viewed, rotated and coloured in a structure viewer and the results interpreted on a sequence alignment.} which enables sophisticated molecular visualizations to be prepared and investigated alongside an analysis of associated sequences.
1206 PDB format files can be imported directly or structures can be retrieved from
1207 the European Protein Databank (PDBe) using the Sequence Fetcher (see
1208 \ref{fetchseq}).
1209
1210 \subsection{Automatic association of PDB structures with sequences}
1211 Jalview can automatically determine which structures are associated with a
1212 sequence in a number of ways.
1213 \subsubsection{Discovery of PDB ids from sequence database cross-references}
1214 if a sequence has an ID from a public database that contains cross-references to
1215 the PDB, such as Uniprot. Right-click on any sequence ID and select {\sl $<$Sequence ID$>$ $\Rightarrow$ Structure $\Rightarrow$
1216 Associate Structure with Sequence $\Rightarrow$ Discover PDB IDs } from the context menu (where {\sl $<$Sequence ID$>$} is the ID of the sequence on which
1217 you clicked) (Figure \ref{auto}). Jalview will attempt to associate the
1218 sequence with a Uniprot sequence and from there discover any associated PDB
1219 structures. This takes a few seconds and applies to all sequences in the
1220 alignment which have valid Uniprot IDs. On moving the cursor over the sequence
1221 ID the tool tip\footnote{Tip: The sequence ID tooltip can often become large for
1222 heavily cross referenced sequence IDs. Use the {\sl View $\Rightarow$ Sequence
1223 ID Tooltip $\Rightarrow$ } submenu to disable the display of database cross
1224 references or non-positional features. } now shows the Uniprot ID and any
1225 associated PDB structures.
1226
1227 \begin{figure}[htbp]
1228 \begin{center}
1229 %TODO fix formatting
1230 \parbox{1.5in}{
1231 {\centering 
1232 \begin{center}
1233 \includegraphics[width=1.5in]{images/auto1.pdf}
1234 \end{center}}
1235 } \parbox{3.25in}{
1236 {\centering 
1237 \begin{center}
1238 \includegraphics[scale=0.5]{images/auto2.pdf}
1239 \end{center}
1240 }
1241 } \parbox{1.5in}{
1242 {\centering 
1243 \begin{center} 
1244 \includegraphics[width=1.5in]{images/auto3.pdf}
1245 \end{center}
1246 }
1247 }
1248
1249 \caption{{\bf Automatic PDB ID discovery.} The tooltip (left) indicates that no PDB structure has been associated with the sequence. After PDB ID discovery (center) the tool tip now indicates the Uniprot ID and any associated PDB structures (right)}
1250 \label{auto}
1251 \end{center}
1252 \end{figure}
1253
1254 \subsubsection{Drag-and-drop association of PDB files with sequences by filename
1255 match}
1256 \label{multipdbfileassoc}
1257 If one or more PDB files are dragged from a file browser onto an alignment
1258 window, Jalview will search the alignment for sequences with IDs that
1259 matches any of the files dropped onto the alignment. If it discovers matches, a
1260 dialog like the one in Figure \ref{multipdbfileassocfig} is shown, giving the
1261 option of creating associations for the matches. 
1262
1263 If no associations are made, then sequences extracted
1264 from the structure will be simply appended to the alignment. However, if only
1265 some of the files are associated, jalview will raise another dialog box giving
1266 you the option to add any remaining sequences the structure files not present in
1267 the alignment. This allows you to easily decorate sequences in a newly imported
1268 alignment with any corresponding structures you've collected in a directory
1269 accessible from your computer.\footnote{We plan to extend this facility in
1270 future so Jalview will automatically search for PDB files matching your
1271 sequence within a local directory. Check out 
1272 \href{http://issues.jalview.org/browse/JAL-801}{Jalview issue 801}}
1273
1274 \begin{figure}[htbp]
1275 \begin{center}
1276 \includegraphics[]{images/pdbdragdropassoc.pdf}
1277
1278 \caption{{\bf Associating PDB files with sequences by drag-and-drop.} Dragging
1279 PDB files to an alignment of sequences with names matching the dragged
1280 files names (A), results in a dialog box (B) that gives the option to associate each file with any sequences with matching IDs. }
1281 \label{multipdbfileassocfig}
1282 \end{center}
1283 \end{figure}
1284
1285
1286 \subsection{Viewing Protein Structures}
1287 The structure viewer can be launched in two ways from the sequence ID context
1288 menu. To view a particular structure associated with a sequence in the
1289 alignment, simply select it from popup menu's associated structures submenu in
1290 {\sl Structure $\Rightarrow$ View Structure $\Rightarrow$ $<$PDB ID$>$}. The
1291 second way is most useful if you want to view all structural data available for
1292 a set of sequences in an alignment. If any of the {\bold currently selected}
1293 sequences have structures associated, the {\sl Structure } submenu of the
1294 sequence ID popup menu will include an option to {\sl View {\bold N}
1295 structures}. Selecting this option will open a new structure view containing
1296 the associated structures superposed according to the alignment.
1297
1298 In both cases, each structure to be displayed will be downloaded or loaded from
1299 the local file system, and shown as a ribbon diagram coloured according to the
1300 associated sequence in the current alignment view (Figure \ref{structure}
1301 (right)). The structure can be rotated by clicking and dragging in the structure
1302 window. The structure can be zoomed using the mouse scroll wheel (if available).
1303 Moving the mouse cursor over a sequence to which the structure is linked in the
1304 alignment panel highlights the respective residue's sidechain atoms. The
1305 sidechain highlight may be obscured by other parts of the molecule. Similarly,
1306 moving the cursor over the structure shows a tooltip and highlights the
1307 corresponding residue in the alignment. Often, the position highlighted may not
1308 be in the visible portion of the current alignment view. If the alignment
1309 window's {\sl View $\Rightarrow$ Automatic Scrolling } option is not selected,
1310 then you may have to manually move the alignment scroll bars to see the
1311 highlighted region.
1312
1313 \begin{figure}[htbp]
1314 \begin{center}
1315 \parbox{3in}{
1316 {\centering 
1317 \begin{center}
1318 \includegraphics[scale=0.5]{images/structure1.pdf}
1319 \end{center}
1320 }
1321 }
1322 \parbox{3.2in}{
1323 {\centering 
1324 \begin{center}
1325 \includegraphics[width=3in]{images/structure2.pdf}
1326 \end{center}
1327 }
1328 }
1329 \caption{{\bf Structure visualization} The structure viewer is launched from the sequence ID context menu (left) and allows the structure to be visualized using the embedded Jmol molecular viewer (right). }
1330 \label{structure}
1331 \end{center}
1332 \end{figure}
1333
1334 \subsection{Customising structure display}
1335
1336 Structure display can be modified using the {\sl Colour} and {\sl View} menus
1337 in the structure viewer. The background colour can be modified by selecting the
1338 {\sl Colours $\Rightarrow$ Background Colour\ldots} option.
1339
1340 By default, the structure will be coloured in the same way as the
1341 associated sequence(s) in the alignment view from which it was launched. The
1342 structure can be coloured independently of the sequence by selecting an
1343 appropriate colour scheme from the {\sl Colours} menu. It can be coloured
1344 according to the alignment using the {\sl Colours $\Rightarrow$ By Sequence } option. The image in the structure viewer can be
1345 output to EPS or PNG format via the {\sl File $\Rightarrow$ Save As
1346 $\Rightarrow$ \ldots} submenu. The mapping between the structure and the
1347 sequence (How well and which parts of the  structure relate to the sequence)
1348 can be viewed with the {\sl File $\Rightarrow$ View Mapping} menu option.
1349
1350 \subsubsection{Using the Jmol visualization interface }
1351
1352 Jmol has a comprehensive set of selection and visualization functions that are
1353 accessed from the Jmol popup menu (by right-clicking in the Jmol window or by
1354 clicking the Jmol logo). Molecule colour and rendering style can be
1355 manipulated, and distance measurements and molecular surfaces can be added to
1356 the view. It also has its own ``Rasmol\footnote{see
1357 http://www.rasmol.org}-like'' scripting language, which is described elsewhere\footnote{Jmol Wiki: \url{http://wiki.jmol.org/index.php/Scripting}
1358
1359 Jmol Scripting reference:
1360 \url{http://www.stolaf.edu/academics/chemapps/jmol/docs/}}. Jalview utilises the
1361 scripting language to interact with Jmol and to store the state of a Jmol visualization within Jalview archives, in addition to the PDB data file originally loaded or retrieved by Jalview. To access the Jmol scripting environment directly, use the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Console} menu option. 
1362
1363 If you would prefer to use Jmol to manage structure colours, then select the
1364 {\sl Colours $\Rightarrow$ Colour with Jmol} option. This will disable any
1365 automatic application of colour schemes when new structure data is added, or
1366 when associated alignment views are modified.
1367
1368
1369 \exercise{Viewing Structures}{\label{viewingstructex}
1370 \exstep{Load the alignment at
1371 \textsf{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}. Right-click on the
1372 sequence ID label for any of the sequences (e.g. {\sl FER1\_SPIOL}) to bring up
1373 the context menu. Select {\sl FER1\_SPIOL $\Rightarrow$ Structure $\Rightarrow$
1374 Associate Structure with Sequence $\Rightarrow$ Discover
1375 PDB ids}. Jalview will now attempt to find PDB structures for the sequences in
1376 the alignment. } \exstep{ Right-click on the sequence ID for {\sl FER1\_SPIOL}.
1377 Select { \sl FER1\_SPIOL $\Rightarrow$ Structure $\Rightarrow$ View Structure
1378 $\Rightarrow$ 1A70} A structure viewing window appears. Rotate the molecule by clicking and dragging in the structure viewing box. Zoom with the mouse scroll wheel. } \exstep{Roll the mouse cursor along the {\sl FER1\_SPIOL} sequence in the alignment. Note that if a residue in the sequence maps to one in the structure, a label will appear next to that residue in the structure viewer. Move the mouse over the structure. Placing the mouse over a part of the structure will bring up a tool tip indicating the name and number of that residue. The corresponding residue in the sequence is highlighted in black. Clicking the alpha carbon toggles the highlight and residue label on and off. Try this by clicking on a set of three or four adjacent residues so that the labels are persistent, then finding where they are in the sequence. } \exstep{Select {\sl Colours $\Rightarrow$ Background Colour\ldots} from the structure viewer menu and choose a suitable colour. Press {\sl OK} to apply this. Select {\sl File $\Rightarrow$ Save As $\Rightarrow$ PNG} and save the image. View this with your web browser. }
1379 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ View Mapping} from the structure viewer menu. A new window opens showing the residue by residue alignment between the sequence and the structure.} 
1380
1381 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Save $\Rightarrow$ PDB file} and choose a new filename to save the PDB file. Once the file is saved, open the location in your file browser (or explorer window) and drag the PDB file that you just saved on to the Jalview desktop (or load it from the {\sl Jalview Desktop $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From File } menu). Verify that you can open and view the associated structure from the sequence ID pop-up menu's {\sl Structure } submenu in the new alignment window.}
1382
1383 \exstep{Right click on the structure to bring up the Jmol window. Explore the menu options. Try to change the style of molecular display - by first using the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Select $\Rightarrow$ all} command, and then the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Style $\Rightarrow$ Scheme $\Rightarrow$ Ball and stick} command.}
1384 \exstep{Use the {\sl File $\Rightarrow$ Save As .. } function to save the alignment as a Jalview Project. Now close the alignment and the structure view, and load the project file you just saved.
1385
1386 Verify that the Jmol display is as it was when you just saved the file.}
1387 }
1388
1389 \subsection{Superimposing structures}
1390 \label{superposestructs}
1391 Many comparative biomolecular analysis investigations aim to determine if the
1392 biochemical properties of a given molecule are signficantly different to its
1393 homologues. When structure data is available, comparing the shapes of molecules
1394 by superimposing them enables substructure that may impart different behaviour
1395 to be quickly identified. The identification of optimal 3D superpositions
1396 involves aligning 3D data rather than sequence symbols, but the result can
1397 still be represented as a sequence alignment, where columns indicate positions
1398 in each molecule that should be superposed to recreate the optimal 3D alignment.
1399
1400 Jalview can employ Jmol's 3D fitting routines\footnote{See
1401 \href{http://chemapps.stolaf.edu/jmol/docs/?ver=12.2#compare}{http://chemapps.stolaf.edu/jmol/docs/?ver=12.2$\#$compare}
1402 for more information.} to recreate 3D structure superpositions based on the
1403 correspondences defined by one or more sequence alignments involving structures shown in the Jmol display. Superposition based on the currently displayed alignment view happens automatically if a
1404 structure is added to an existing Jmol display using the {\sl Structure
1405 $\Rightarrow$ View PDB Structure $\Rightarrow$ ..}. A new Jmol view containing
1406 superposed structures can also be created using the {\sl Structure
1407 $\Rightarrow$ View all {\bf N} PDB Structures} option (when {\bf {\sl N}}
1408 $>$ 1) if the current selection contains two or more sequences with associated
1409 structures.
1410
1411 \subsubsection{Obtaining the RMSD for a superposition}
1412 Figure \ref{mstrucsuperposition} shows a superposition created during the course
1413 of Exercise \ref{superpositionex}. The parts of each molecule used to construct
1414 the superposition are rendered using the cartoon style, with other parts of
1415 the molecule drawn in wireframe. The Jmol console, which has been opened after
1416 the superposition was performed, shows the RMSD report for the superposition.
1417 Full information about the superposition is also output to the Jalview console,
1418 including the precise atom pairs used to superpose structures.
1419
1420 \subsubsection{Choosing which part of the alignment is used for structural
1421 superposition}
1422 Jalview uses the visible part of each alignment view to define which parts of
1423 each molecule are to be corresponded. Hiding a column in a view used for
1424 superposition will remove that correspondence from the set, allowing
1425 the selection of specific parts of the alignment to be used for
1426 superposition. Only columns that define a complete set of correspondences for
1427 all structures will be used for structural superposition, and as a consequence,
1428 the RMSD values generated for each pair of structures superimposed can be
1429 directly compared.
1430
1431 In order to recompute a superposition after changing a view or editing the
1432 alignment, select the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Align } menu option. The {\sl
1433 Jmol $\Rightarrow$ Superpose with ..} submenu allows you to choose which of the
1434 associated alignments and views are to be used to create the set of
1435 correspondences. This menu is useful when composing complex superpositions
1436 involving multi-domain and multi-chain complexes, when correspondences may be
1437 defined by more than one alignment.
1438
1439
1440 \begin{figure}[htbp]
1441 \begin{center}
1442 \includegraphics[width=5.5in]{images/fdxsuperposition.pdf}
1443 \caption{{\bf Superposition of two ferredoxin structures.} The alignment on the
1444 left was used by jalview to superpose structures associated with the
1445 FER1\_SPIOL and FER1\_MAIZE sequences in the alignment. Parts of each structure
1446 used for superposition are rendered as a cartoon, the remainder rendered in
1447 wireframe. The RMSD between corresponding positions in the structures before and
1448 after the superposition is shown in the Jmol console.  }
1449 \label{mstrucsuperposition}
1450 \end{center}
1451 \end{figure}
1452
1453 \exercise{Aligning structures using the ferredoxin
1454 sequence alignment.}{\label{superpositionex}
1455
1456 \exstep{Continue with the Jalview project created in exercise
1457 \ref{viewingstructex}. Use the {\sl Discover PDB IDs} function to retrieve PDB
1458 IDs associated with the FER1\_MAIZE sequence.}
1459 \exstep{Once discovery has completed, use the {\sl
1460 View PDB Structure} submenu to view the PDB file associated with FER1\_MAIZE.
1461 Jalview will give you the option of aligning the structure to the one already
1462 open. To superimpose the structure associated with FER1\_MAIZE with the one
1463 associated with FER1\_SPIOL, press the {\bf Yes} button.
1464
1465 {\sl The Jmol view will update to show both structures, and one will be
1466 moved on to the other.}}
1467 \exstep{Create a new view on the alignment, and hide all but columns 121
1468 through to 132.}
1469 \exstep{Use the {\sl Jmol} submenu to
1470 recompute the superposition using just columns 121-132 of the alignment.
1471
1472 {\sl Note how the molecules shift position when superposed using a short part of
1473 the two structures.}}
1474 \exstep{Compare the initial and final RMSDs for superimposing molecules with
1475 the small section and with the whole alignment. Which view do you think give the
1476 best 3D superposition, and why ?} }
1477
1478 \subsection{Colouring structure data associated with multiple alignments and
1479 views}
1480 Normally, the original view from which a particular structure view was
1481 opened will be the one used to colour structure data. If alignments involving
1482 sequences associated with structure data shown in a Jmol have multiple views, Jalview gives you full control
1483 over which alignment, or alignment view, is used to colour the structure
1484 display. Sequence-structure colouring associations are
1485 changed {\sl via} the {\sl View $\Rightarrow$ Colour by} menu, which lists all
1486 views associated with data shown in the embedded Jmol view. A tick is shown beside
1487 views currently used as colouring source, and moving the
1488 mouse over each view will bring it to the front of the alignment display,
1489 allowing you to browse available colour sources prior to selecting one. If the
1490 {\sl Select many views} option is selected, then multiple views can be selected as sources for colouring the
1491 structure data. {\sl Invert selection} and {\sl Select all} options are also provided to quickly change between multi-view selections.
1492
1493 \begin{figure}[htbp]
1494 \begin{center}
1495 \includegraphics[width=5.5in]{images/mviewstructurecol.pdf}
1496 \caption{{\bf Choosing a different view for colouring a structure display}
1497 Browsing the {\sl View $\Rightarrow$ Colour by ..} menu provides full control
1498 of which alignment view is used to colour structures when the {\sl Colour
1499 $\Rightarrow$ Colour by sequence} option is selected.}
1500 \label{mviewstructurecol}
1501 \end{center}
1502 \end{figure}
1503
1504 \subsubsection{Colouring complexes}
1505
1506 The ability to control which multiple alignment or view is used to colour
1507 structural data is essential when working with data relating to
1508 multidomain biomolecules and complexes. 
1509
1510 In these situations, each chain identified in the structure may have a different
1511 evolutionary history, and a complete picture of functional variation can
1512 only be gained by integrating data from different alignments on the same
1513 structure view. An example of this is shown in Figure
1514 \ref{mviewalcomplex}, based on data from Song et. al\footnote{Structure of
1515 DNMT1-DNA Complex Reveals a Role for Autoinhibition in Maintenance DNA Methylation. Jikui Song, Olga Rechkoblit, Timothy H. Bestor, and Dinshaw J. Patel.
1516 {\sl Science} {\bf 331} 1036-1040
1517 \href{http://www.sciencemag.org/content/331/6020/1036}{DOI:10.1126/science.1195380}}
1518
1519 \begin{figure}[htbp]
1520 \begin{center}
1521 \includegraphics[]{images/mchainstructureview.pdf}
1522 \caption{{\bf The biological assembly of Mouse DNA Methyltransferase-1 coloured
1523 by Pfam alignments for its major domains} Alignments for each domain within the
1524 Uniprot sequence DNMT1\_MOUSE have been used to visualise sequence conservation
1525 in each component of this protein-DNA complex. Instructions for recreating this figure are given in exercise \ref{dnmtcomplexex}. }
1526 \label{mviewalcomplex}
1527 \end{center}
1528 \end{figure}
1529
1530 \exercise{Colouring a protein complex to explore domain-domain interfaces}{\label{dnmtcomplexex}
1531
1532 \exstep{Download the PDB file at
1533 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/DNMT1\_MOUSE.pdb} to your desktop. This
1534 is the biological unit for PDB ID 3pt6, as identified by the PDBe's PISA server.}
1535
1536 \exstep{Launch the Jalview desktop and ensure you have at least 256MB of
1537 free memory available.
1538
1539 {\sl Use the following webstart link:
1540 \href{http://www.jalview.org/webstart/jalview_1G.jnlp}{http://www.jalview.org/webstart/jalview\_1G.jnlp}}.}
1541 \exstep{Retrieve the following
1542 {\bf full} PFAM alignments: PF02008, PF00145, PF01426. These will each be retrieved into their own alignment window.} 
1543 \exstep{Drag the structure you downloaded in
1544 step 1 onto one of the alignments to associate it with the mouse sequence in
1545 that Pfam domain family.}
1546 \exstep{For every DNMT1\_MOUSE sequence in the alignment, use the sequence
1547 ID popup menu's structure submenu to view the DNMT1\_MOUSE structure for the associated mouse sequence. Check the contents of
1548 the {\sl View $\Rightarrow$ Colour by ..} submenu to see what alignments can be used to
1549 colour the sequence.}
1550 \exstep{Repeat the previous two steps for each of
1551 the other alignments. In each case, when performing the `View DNMT1\_MOUSE.pdb'
1552 step, Jalview will ask you if you wish to create a new Jmol view. You should
1553 respond `No', ensuring that each sequence fragment is associated with the same Jmol view.}
1554 \exstep{Pick a different colourscheme for each alignment, and use the {\sl
1555 Colour by ..} submenu to ensure they are all used to colour the complex shown
1556 in the Jmol window.}
1557 \exstep{The final step needed to reproduce the shading in Figure
1558 \ref{mviewalcomplex} is to use the {\sl Colour $\Rightarrow$ By
1559 Annotation } option in each alignment window to shade the alignment by the
1560 {\bf Conservation} annotation row. This function was described in section
1561 \ref{colourbyannotation}. 
1562
1563 {\sl Note: Choose a different shading scheme for each
1564 alignment so that the regions of strong physicochemical conservation are highlighted. This
1565 kind of shading will reveal conserved regions of interaction between domains 
1566 in the structure.}}
1567 \exstep{Save your work as a Jalview project and verify that it can be opened again by starting another Jalview Desktop instance, and dragging the saved project into the desktop window.}
1568 {\sl Note: This exercise relies on new features introduced in Jalview 2.7. If
1569 you notice any strange behaviour when trying out this exercise, it may be a
1570 bug (see
1571 \href{http://issues.jalview.org/browse/JAL-1008}{http://issues.jalview.org/browse/JAL-1008}
1572 for one relating to highlighting of positions in the alignment window).} }
1573
1574 \section{Analysis of alignments}
1575 \label{alignanalysis}
1576 Jalview provides support for sequence analysis in two ways. A number of analytical methods are `built-in' and run inside Jalview itself and are mostly accessed from the {\sl Calculate} alignment window menu. Computationally intensive analyses are run outside Jalview via web services - these are typically accessed via the {\sl Web Services} menu, and described in Section \ref{jvwebservices}. In this section, we describe the built-in analysis capabilities common to both the Jalview Desktop and the JalviewLite applet.
1577  
1578 \subsection{PCA}
1579 This calculation creates a spatial representation of the similarities within the current selection or the whole alignment if no selection has been made. After the calculation finishes, a 3D viewer displays the each sequence as a point in 3D `similarity space'. Sets of similar sequences tend to lie near each other in this space.
1580 Note: The calculation is computationally expensive, and may fail for very large sets of sequences - because the JVM has run out of memory. Memory issues were discussed in Section \ref{memorylimits}.
1581 \subsubsection{What is PCA?}
1582
1583 Principal components analysis is a technique for examining the structure of complex data sets. The components are a set of dimensions formed from the measured values in the data set, and the principle component is the one with the greatest magnitude, or length. The sets of measurements that differ the most should lie at either end of this principle axis, and the other axes correspond to less extreme patterns of variation in the data set.
1584 In this case, the components are generated by an eigenvector decomposition of the matrix formed from the sum of BLOSUM scores at each aligned position between each pair of sequences. The basic method is described in the 1995 paper by {\sl G. Casari, C. Sander} and {\sl A. Valencia} \footnote{{\sl Nature Structural  Biology} (1995) {\bf 2}, 171-8. \rPMID: 7749921} and implemented at the SeqSpace server at the EBI.
1585
1586 \subsubsection{The PCA Viewer}
1587
1588 PCA analysis can be launched from the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Principle Component Analysis} menu option. PCA requires a selection containing at least 4 sequences.  A window opens containing the PCA tool (Figure \ref{PCA}). Each sequence is represented by a square, coloured by the background colour of the sequence ID label. The axes can be rotated by clicking and dragging the left mouse button and zoomed using the $\uparrow$ and $\downarrow$ keys or the scroll wheel of the mouse (if available).  A tool tip appears if the cursor is placed over a sequence. Sequences can be selected by clicking on them. [CTRL]-Click can be used to select multiple sequences. 
1589 \begin{figure}[hbtp]
1590 \begin{center}
1591 \includegraphics[width=2in]{images/PCA1.pdf}
1592 \includegraphics[width=3in]{images/PCA3.pdf}
1593 \caption{{\bf PCA Analysis} }
1594 \label{PCA}
1595 \end{center}
1596 \end{figure}
1597 Labels will be shown for each sequence by toggling the {\sl View $\Rightarrow$ Show Labels} menu option, and the plot background colour changed via the {\sl View $\Rightarrow$ Background Colour..} dialog box. A graphical representation of the PCA plot can be exported as an EPS or PNG image via the {\sl File $\Rightarrow$ Save As $\Rightarrow$ \ldots } submenu.
1598
1599 \exercise{Principle Component Analysis}{
1600 \exstep{Load the alignment at
1601 \textsf{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar} and select {\sl Select
1602 $\Rightarrow$ Undefine Groups}. } \exstep{Select the menu option {\sl Calculate $\Rightarrow$ Principle Component Analysis}. A new window will open. Move this window so that the tree, alignment and PCA viewer window are all visible. Try rotating the plot by clicking and dragging the mouse on the plot in the PCA window. Note that clicking on points in the plot will highlight them on the alignment and tree. }
1603 \exstep{
1604 Click on the tree window. Careful selection of the tree partition location will divide the alignment into a number of groups, each of a different colour. Note how the colour of the sequence ID label matches both the colour of the partitioned tree and the points in the PCA plot.
1605 }
1606 }
1607
1608 \subsection{Trees}
1609 \label{trees}
1610 Jalview can calculate and display trees, providing interactive tree-based grouping of sequences though a tree viewer. All trees are calculated via the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ \ldots} submenu. Trees can be calculated from distance matrices determined from \% identity or aggregate BLOSUM 62 score using either average distance (UPGMA) or Neighbour joining algorithms. The input data for a tree calculation is either the visible portions of the current selection, or the whole alignment if no selection is present.
1611
1612 On calculating a tree, a new window opens (Figure \ref{trees1}) which contains
1613 the tree. Various display settings can be found in the tree window {\sl View}
1614 menu, including font, scaling and label display options, and the {\sl File
1615 $\Rightarrow$ Save As} submenu contains options for image and Newick file
1616 export. Newick format is a standard file format for trees which allows them to
1617 be exported to other programs.  Jalview can also read in external trees in Newick format via the {\sl File $\Rightarrow$ Load Associated Tree} menu option. Leaf names on imported trees will be matched to the associated alignment - unmatched
1618 leaves will still be displayed, and can be highlighted using the {\sl View
1619 $\Rightarrow$ Show Unlinked Leaves} menu option.
1620
1621
1622 \begin{figure}
1623 \begin{center}
1624 \includegraphics[width=2.5in]{images/trees1.pdf}
1625 \includegraphics[width=2.5in]{images/trees2.pdf}
1626 \includegraphics[width=1.25in]{images/trees4.pdf}
1627 \caption{{\bf Calculating Trees} Jalview provides four built in models for calculating trees. Jalview can also load precalculated trees in Newick format (right).}
1628 \label{trees1}
1629 \end{center}
1630 \end{figure}
1631
1632
1633 Clicking on the tree brings up a cursor across the height of the tree. The sequences are automatically partitioned and coloured (Figure \ref{trees2}). To group them together, select the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Sort $\Rightarrow$ By Tree Order} alignment window menu option and the correct tree. The sequences will then be sorted according to the leaf order currently shown in the tree view. The coloured background to the sequence IDs can be removed with {\sl Select $\Rightarrow$ Undefine Groups} from the alignment window menu.
1634
1635 \begin{figure}
1636 \begin{center}
1637 \includegraphics[width=5in]{images/trees3.pdf}
1638 \caption{{\bf Interactive Trees} The tree level cutoff can be used to designate groups in Jalview}
1639 \label{trees2}
1640 \end{center}
1641 \end{figure}
1642
1643 %\subsubsection{Multiple Views and Input Data recovery from PCA and Tree Viewers}
1644 % move to ch. 3 ?
1645 %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.
1646
1647 \subsubsection{Recovering input data for a tree or PCA plot calculation}
1648 \parbox[c]{5in}{
1649 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. 
1650 }
1651 \parbox[c]{1.25in}{\centerline{\includegraphics[width=1.25in]{images/pca_fmenu.pdf}
1652 }}
1653
1654 \subsubsection{Changing the associated view for a tree or PCA viewer}
1655 \parbox[c]{4in}{
1656 The {\sl View $\Rightarrow$ Associated View $\Rightarrow$ .. } 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 in accord with the colouring and selection state of the newly associated view. 
1657 } \parbox[c]{3in}{\centerline{
1658 \includegraphics[width=2.5in]{images/pca_vmenu.pdf} }}
1659
1660
1661 \exercise{Trees}{
1662 \exstep{ Open the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ Neighbour Joining Using BLOSUM62}. A new tree window will appear.}
1663 \exstep{Click on the tree window. A cursor will appear. Note that placing this cursor divides the tree into a number of groups by colour. Place the cursor to give about 4 groups, then select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Sort $\Rightarrow$ By Tree Order $\Rightarrow$ Neighbour Joining Tree using BLOSUM62 from ... }. The sequences are reordered to match the order in the tree and groups are formed implicitly.}
1664 \exstep{Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ Neighbour Joining Using \% Identity}. A new tree window will appear. The group colouring makes it easy to see the diferences between the two trees, calculated using different methods.}
1665 \exstep{Select from sequence 2 column 60 to sequence 12 column 123. Select  {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ Neighbour Joining Using BLOSUM62}. A new tree window will appear. It can be seen that the tree contains 11 sequences. It has been coloured according to the already selected groups from the first tree and is calculated purely from the residues in the selection. 
1666 Comparing the location of individual sequences between the two trees illustrates the importance of selecting appropriate regions of the alignment for the calculation of trees. 
1667 }
1668 \exstep{Recover the input data for the tree you just calculated. Check the {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps } option is not ticked, and insert one gap in the alignment. Now select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ Neighbour Joining Using BLOSUM62}. 
1669
1670 A warning dialog box {\bf ``Sequences must be aligned'' } appears because the sequences input to the tree calculation are of different lengths. }
1671
1672 \exstep{Now select {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps } and try to perform the tree calculation again - this time a new tree should appear.
1673
1674 This demonstrates the use of the {\sl Pad Gaps } editing preference, which ensures that all sequences are the same length after editing. }
1675
1676 }
1677
1678 \subsection{Tree Based Conservation Analysis}
1679 \label{treeconsanaly}
1680
1681 Trees reflect the pattern of global sequence similarity exhibited by the
1682 alignment or region within the alignment that was used for their calculation.
1683 The Jalview tree viewer enables sequences to be partitioned into groups based
1684 on the tree, by clicking within the tree viewer window. Once subdivided, the
1685 conservation between and within groups can be visually compared in order to
1686 better understand the pattern of similarity revealed by the tree, and the
1687 variation within the clades partitioned by the grouping. The conservation based
1688 colourschemes and the group associated conservation and consensus annotation
1689 (enabled using the alignment window's {\sl View $\Rightarrow$ Automatic
1690 Annotation $\Rightarrow$ Group Consensus} and {\sl Group Conservation} options)
1691 can help when working with larger alignments.
1692
1693 \exercise{Tree Based Conservation Analysis}{
1694 \label{consanalyexerc}
1695 \exstep{Load the PF03460 Seed alignment using the sequence fetcher. Colour it with the {\sl Taylor colourscheme}, and apply {\sl Conservation } shading. }
1696 \exstep{Build a Neighbourjoining tree using BLOSUM62 and use the sort submenu to order alignment using the calculated tree.}
1697 \exstep{Select a point on the tree to partition the alignment, and examine the variation in colouring between different groups. 
1698
1699 You may find it easier to browse the alignment by if you uncheck the {\sl Show Annotations} view option, and open the overview window to aid navigation.}
1700 \exstep{Try changing the colourscheme to BLOSUM62 (whilst ensuring that {\sl Apply Colour to All Groups} is selected)}
1701 {\sl Note: You may want to save the alignment and tree as a project file, since
1702 it is used in the next few exercises. } }
1703
1704 \subsection{Redundancy Removal}
1705
1706 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, rather than deleted.}.
1707 \begin{figure}
1708 \begin{center}
1709 \includegraphics[width=5.5in]{images/redundancy.pdf}
1710 \end{center}
1711 \label{removeredundancydialog}
1712 \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.}
1713 \end{figure}
1714
1715 \exercise{Remove redundant sequences}{
1716 \exstep{Re-use or recreate the alignment and tree which you worked with in the
1717 tree based conservation analysis exercise (exercise \ref{consanalyexerc})}
1718 \exstep{Open the Remove Redundancy dialog and adjust the threshold to 90\%. Remove the sequences that are more than 90\% similar under this alignment.}
1719 \exstep{Select the Tree viewer's {\sl View $\Rightarrow$ Show Linked Leaves} option, and note that the removed sequences are now prefixed with a * in the tree view.}
1720 \exstep{Use the [Undo] button on the dialog to recover the sequences. Note that the * symbols disappear from the tree display.}
1721 \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.}
1722 }
1723
1724 \subsection{Subdividing the alignment according to specific mutations}
1725
1726 It is often necessary to explore variations in an alignment that may correlate
1727 with mutations observed in a particular region; for example, sites
1728 exhibiting single nucleotide polymorphism, or residues involved in substrate
1729 recognition in an enzyme. One way to do this would be to calculate a tree using
1730 the specific region, and subdivide it in order to partition the alignment.
1731 However, calculating a tree can be slow for large alignments, and the tree may be difficult to partition when complex mutation patterns are being analysed. The {\sl Select $\Rightarrow$ Make groups for
1732 selection } function was introduced to make this kind of analysis easier. When
1733 selected, it will use the characters in the currently selected region to
1734 subdivide the alignment. For example, if a single column is selected, then the
1735 alignment (or each group defined on the alignment) will be divided into groups
1736 based on the residue or nucleotide found at that position. These new groups are
1737 annotated with the characters in the selected region, and Jalview's group based
1738 conservation analysis annotation and colourschemes can then be used to reveal
1739 any associated pattern of sequence variation across the whole alignment.
1740
1741 \subsection{Automated annotation of Alignments and Groups}
1742
1743 On loading a sequence alignment, Jalview will
1744 normally\footnote{Automatic annotation can be turned off in the
1745 {\sl Visual } tab in the {\sl Tools $\Rightarrow$ Preferences } dialog box.}
1746 calculate a set of automatic annotation rows which are shown below the
1747 alignment. For nucleotide sequence alignments, only an alignment
1748 consensus row will be shown, but for amino acid sequences,
1749 alignment quality (based on BLOSUM62) and physicochemical conservation will
1750 also be shown. Conservation is calculated according to Livingstone and
1751 Barton\footnote{{\sl ``Protein Sequence Alignments: A Strategy for the Hierarchical Analysis of Residue Conservation."
1752 } Livingstone C.D. and Barton G.J. (1993) {\sl CABIOS } {\bf 9}, 745-756}.
1753 Consensus is the modal residue (or {\tt +} where there is an equal top
1754 residue). The inclusion of gaps in the consensus calculation can be toggled by
1755 right-clicking on the the Consensus label and selecting {\sl Ignore Gaps in
1756 Consensus} from the context menu. Quality is a measure of the inverse
1757 likelihood of unfavourable mutations in the alignment. Further details on these
1758 calculations can be found in the on-line documentation.
1759
1760 These annotations can be hidden and deleted but are only created on loading an
1761 alignment. If they are deleted then the alignment should be saved and reloaded
1762 to restore them. Jalview provides a toggle to autocalculate a consensus
1763 sequence upon editing. This is normally left selected but for large alignments
1764 can be turned off via the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Autocalculate
1765 Consensus} menu option if the interface is too sluggish.
1766
1767 \subsubsection{Group Associated Annotation}
1768 \label{groupassocannotation}
1769 Group associated consensus and conservation annotation rows reflect the
1770 sequence variation within a particular group. Their calculation is enabled
1771 by selecting the {\sl Group Conservation} or {\sl Group Consensus} options in
1772 the {\sl View $\Rightarrow$ Automatic Annotation } submenu of the alignment
1773 window. 
1774
1775 \subsubsection{Alignment and Group Sequence Logos}
1776 \label{seqlogos}
1777
1778 The consensus annotation row that is shown below the alignment can be overlaid
1779 with a sequence logo that reflects the symbol distribution at each column of
1780 the alignment. Right click on the Consensus annotation row and select the `Show
1781 Logo' option to display the Consensus profile for the group or alignment.
1782 Sequence logos can be enabled by default for all new alignments {\sl via} the
1783 Visual tab in the Jalview desktop's preferences dialog box.
1784
1785 \exercise{Group conservation analysis}{
1786 \exstep{Re-use or recreate the alignment and tree which you worked with in the
1787 tree based conservation analysis exercise (exercise \ref{consanalyexerc})} \exstep{Create a new view, and ensure the annotation panel is displayed, and
1788 enable the display of {\sl Group Consensus}, and the display of sequence
1789 logos to make it easier to see the different residue populations within each group.}
1790 \exstep{Select a column exhibiting about 50\% conservation that lies within the
1791 central conserved region of the alignment. Subdivide the alignment according to
1792 this selection using {\sl Select $\Rightarrow$ Make groups for selection}.}
1793 \exstep{Re-order the alignment according to the new groups that have been
1794 defined. Click on the group annotation row IDs to select groups exhibiting a
1795 specific mutation.}
1796 \exstep{Select another column exhibiting about 50\% conservation
1797 overall, and subdivide the alignment further. Note that the new groups
1798 inherit the names of the original groups, allowing you to identify the
1799 combination of mutations that resulted in the subdivision.
1800 }
1801 \exstep{Clear the groups, and try to subdivide the alignment using two
1802 non-adjacent columns.
1803 {\sl Hint: You may need to hide the intervening columns
1804 before you can select both of the columns that you wish to use to subdivide
1805 the alignment.}}
1806 \exstep{Switch back to the original view, and experiment with subdividing the tree groups made in the previous excercise.}
1807 }
1808
1809 \subsection{Other Calculations}
1810
1811
1812 \subsubsection{Pairwise Alignments}
1813
1814 Jalview can calculate optimal pairwise alignments between arbitrary sequences via the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Pairwise Alignments\ldots} menu option. Global alignments of all pairwise combinations of the selected sequences are performed and the results returned in a text box.
1815
1816 \begin{figure}[]
1817 \begin{center}
1818 \includegraphics[width=4in]{images/pairwise.pdf}
1819 \caption{{\bf Pairwise alignment of sequences.} Pairwise alignments of three selected sequences are shown in a textbox.}
1820 \label{pairwise}
1821 \end{center}
1822 \end{figure}
1823
1824 \pagebreak[2]
1825
1826 \section{Webservices}
1827 \label{jvwebservices}
1828 The term ``Webservices'' refers to a variety of data exchange
1829 mechanisms based on HTTP.\footnote{HTTP: Hyper-Text Transfer Protocol.} 
1830
1831 \parbox[c]{4.5in}{Jalview can exploit public webservices to access databases
1832 remotely, and also submit data to public services by opening pages with your web browser. These types of
1833 services are `one-way', {\sl i.e.} data is either sent to the webservice or
1834 retrieved from it by Jalview. The desktop application can also interact
1835 with `two-way' remote analysis services in order to offload computationally
1836 intensive tasks to High Performance Computing facilities. Most of these two-way
1837 services are provided by {\bf Ja}va {\bf B}ioinformatics {\bf A}nalysis {\bf
1838 W}eb {\bf S}ervice (JABAWS) servers\footnote{See
1839 http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws for more information and to download
1840 your own server.}, which provides an easily installable system for performing
1841 a range of bioinformatics analysis tasks. }
1842 \parbox[c]{1.75in}{\includegraphics[width=1.65in]{images/wsmenu.pdf}}
1843
1844 \subsection{One way web services}
1845
1846 There are three types of one way service in jalview. Database services,
1847 which were introduced in in Section \ref{fetchseq}, provide sequence and
1848 alignment data. They can also be used to add sequence IDs to an alignment
1849 imported from a local file, prior to further annotation retrieval, as described
1850 in Section \ref{featuresfromdb}. A second type of one way service is provided
1851 by Jalview's DAS sequence feature retrieval system, which is described
1852 in Section \ref{dasfretrieval}. The final type of one way service are sequence
1853 and ID submission services, exemplified by the `Envision2 Services' provided
1854 by the ENFIN Consortium\footnote{ENFIN is the European Network for Functional
1855 INtegration. Please see http://www.enfin.org for more information. }.
1856
1857 \subsubsection{One-way submission services}
1858 Jalview can use the system's web browser to submit sets of sequences and
1859 sequence IDs to web based applications. Single sequence IDs can be passed to
1860 a web site using the user definable URL links listed under the {\sl
1861 Links} submenu of the sequence ID popup menu. These are configured
1862 in the {\sl Connections} tab of the {\sl Preferences} dialog box.
1863
1864 The Envision2 services presented in the webservice menu provides are the first
1865 example of one way services where multiple sequences or sequence IDs can be
1866 sent. The {\sl Web services $\Rightarrow$ Envision2 Services} menu entry
1867 provides two sub-menus that enable you to submit the sequences or IDs
1868 associated with the alignment or just the currently selected sequences to one
1869 of the Envision2 workflows. Selecting any one will open a new browser window on
1870 the Envision2 web application. The menu entries and their tooltips provide
1871 details of the Envision2 workflow and the dataset set that will be submitted
1872 ({\sl i.e.} the database reference type, or associated sequence subset). Please
1873 note, due to technical limitations, Jalview can currently only submit small
1874 numbers of sequences to the workflows - if no sequence or ID submissions are
1875 presented in the submenus, then try to select a smaller number of sequences to
1876 submit.
1877
1878 \subsection{Remote Analysis Web Services}
1879 Remote analysis services enable Jalview to use external computational
1880 facilities. There are curently three types of service - multiple sequence
1881 alignment, protein secondary structure prediction, and alignment analysis.
1882 Many of these are provided by JABA servers, which are described at the end of
1883 this section. In all cases, Jalview will construct a job based on the alignment
1884 or currently selected sequences, ask the remote server to run the job, monitor
1885 status of the job and, finally, retrieve the results of the job and display
1886 them. The Jalview user is kept informed of the progress of the job through a
1887 status window.
1888
1889 Currently, web service jobs and their status windows are not stored in Jalview
1890 Project Files\footnote{This may be rectified in future versions.}, so it is
1891 important that you do not close Jalview whilst a job is running. It is also
1892 essential that you have a continuous network connection in order to
1893 successfully use Web Services from Jalview, since it periodically checks the
1894 progress of running jobs.
1895
1896
1897 \subsection{JABA Web Services for sequence alignment and analysis}
1898 JABA stands for ÔJAva Bioinformatics AnalysisÕ, which is a system developed by
1899 Peter Troshin and Geoff Barton at the University of Dundee for running
1900 computationally intensive bioinformatics analysis programs. A JABA installation
1901 typically provides a range of JABA web services (JABAWS) for use by other
1902 programs, like Jalview.
1903
1904 Exercises in the remainder of this section will demonstrate the simplest way of
1905 installing JABA on your computer, and configuring Jalview so it can access the JABA services. If you
1906 need any further help or more information about the services, please go to the
1907 \href{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws}{JABAWS home page}.
1908 %% \subsubsection{Aims}
1909 %%  \begin{list}{$\bullet$}{}
1910 %%  \item Gain experience using the different alignment services provided by
1911 % JABA
1912 %%\item Learn about the way that Jalview stores user presets for JABA services
1913 %%\item Learn how to install JABA services and configure Jalview to access them
1914 %%\end{list}
1915
1916 \subsection{Changing the Web Services menu layout}
1917 \label{changewsmenulayout}
1918 If you are working with a lot of different JABA services, you may wish to
1919 change the way Jalview lays out the web services menu. You can do this from the Web Services tab of the Preferences dialog box. 
1920
1921 \exercise{Changing the Layout of the Web Services Menu}{
1922 \label{changewsmenulayoutex}
1923 \exstep{Make sure you have loaded an alignment into Jalview, and examine the
1924 current layout of the alignment windowÕs Web Services menu.}
1925 \exstep{Open the preferences dialog box and select the web services tab.}
1926 \exstep{Ensure the ÔEnable JABAWS servicesÕ checkbox is selected, and unselect
1927 the ÔEnable Enfin ServicesÕ checkboxes.}
1928 \exstep{Hit ÔRefresh servicesÕ to update the web service menu -- once the
1929 progress bar has completed, open the web services menu to view the changes.}
1930 \exstep{Unselect the ÔIndex by hostÕ checkbox and refresh the services once again.
1931
1932 {\sl Observe the way the layout of the JABAWS Alignment submenu changes.}
1933 }
1934 \exstep{Do the same with the ÔIndex by typeÕ checkbox.} 
1935 }
1936
1937 Jalview provides these options for configuring the layout of the web services
1938 menu because different Jalview users may have access to a different number of
1939 JABA services, and each will have their own preference regarding the layout of
1940 the menu.
1941
1942 \begin{figure}[htbc]
1943 \begin{center}
1944 \includegraphics[width=3in]{images/jvjabawsconfig.pdf}
1945 \caption{{\bf The Jalview Web Services preferences panel.} Options are provided
1946 for configuring the list of JABA servers that Jalview will use, enabling and
1947 disabling Enfin services, and configuring the layout of the web services
1948 menu.}
1949 \end{center}
1950 \end{figure}
1951
1952 \subsection{Running your own JABA server}
1953 You can download and run JABA on your own machine using the ÔVMWareÕ or
1954 VirtualBox virtual machine environments. If you would like to learn how to do
1955 this, there are full instructions at the
1956 \href{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws/}{JABA web site}.
1957
1958 \exercise{Installing a JABA Virtual Machine on your computer}{
1959 \label{jabawsvmex}{\sl This tutorial will demonstrate the simplest way of
1960 installing JABA on your computer, and configuring Jalview so it can access the JABA services. 
1961
1962 {\bf Prerequisites}
1963
1964 You will need a copy of VMWare Player/Workstation/Fusion on your machine.
1965 }
1966
1967 \exstep{If you do not have VMWare player installed, download it from
1968 www.vmware.com (this takes a few minutes Ð you will need to register and wait
1969 for an email with a download link).}
1970 \exstep{Download the JABA virtual appliance archive called Ôjaba-vm.zipÕ from
1971 \textsf{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws/archive/jabaws-vm.zip}
1972
1973 WARNING: This is large ($~$300MB) and will take some time to download.
1974 }
1975 \exstep{Unpack the archiveÕs contents to a place on your machine with at least
1976 2GB of free space.
1977
1978 (On windows, right click on the archive, and use the ÔExtract archive..Õ option).
1979 }
1980 \exstep{Open the newly extracted directory and double click the VMWare virtual
1981 machine configuration file (jabaws.vcf). This will launch the VMWare player.
1982 }
1983 \exstep{Once VMWare player has started up, it may ask the question Ôdid you move or copy
1984 this virtual appliance?ՠРselect ÔcopyÕ.}
1985 \exstep{You may be prompted to download the VMWare linux tools Ð these are not
1986 necessary, so close the window or click on ÔlaterÕ}
1987 \exstep{You may also be prompted to install support for one or more devices (USB
1988 or otherwise) Ð say no to these options.}
1989 \exstep{Once the machine has loaded, it will display a series of IP addresses
1990 for the different services provided by the VM. Make a note of the JABAWS URL Ð
1991 this will begin with Ôhttp:Õ and end with Ô/jabawsÕ.}
1992 }
1993
1994 \exercise{Configuring Jalview to access your new JABAWS virtual appliance}{
1995 \label{confnewjabawsappl}
1996 \exstep{Start Jalview (If you have not done so already).} 
1997 \exstep{Enable the Jalview Java Console by selecting its option from the Tools
1998 menu.
1999
2000 {\sl Alternately, use the System Java console if you have
2001 configured it to open when Jalview is launched, via your systemÕs Java
2002 preferences (under the ÔAdvancedÕ tab on Windows).}}
2003 \exstep{Open the preferences dialog and locate the Web Services preferences.}
2004 \exstep{Add the URL for the new JABAWS server you started in Exercise
2005 \ref{jabawsvmex} to the list of JABAWS urls using the ÔNew Service
2006 URLÕ button.}
2007 \exstep{You will be asked if you want to test the service. Hit ÔYesÕ to do this
2008 Ð- you should then see some output in the console window.
2009
2010 {\sl Take a close look at the output in the console.  What do you think is
2011 happening?}
2012 }
2013 \exstep{Hit {\sl OK} to save your preferences Ð- you have now added a new JABA
2014 service to Jalview!}
2015 \exstep{Try out your new JABA services by loading the ferredoxin sequences from
2016 http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}
2017 \exstep{Launch an alignment using one
2018 of the JABA methods provided by your server. It will be listed under the JABAWS Alignment submenu of the web services menu on the alignment window.
2019
2020 {\sl Note: You can watch the JABA VM appliance's process working by opening the
2021 process monitor on your system. (On Windows XP, this involves right-clicking the
2022 system clock and opening the task manager Ð- then selecting the ÔProcessesÕ tab
2023 and sort by CPU).}
2024 }
2025 }
2026
2027
2028 \subsubsection{Resetting the JABA services setting to their defaults}
2029 Once you have configured a JABAWS server and selected the `OK' button of the
2030 preferences menu, the settings will be stored in your Jalview preferences file,
2031 along with any preferences regarding the layout of the web services menu. If
2032 you should ever need to reset the JABAWS server list to its defaults, use the
2033 `Reset Services' button on the Web Services preferences panel.
2034
2035 \section{Multiple Sequence Alignment}
2036 \label{msaservices}
2037 Sequences can be aligned using a range of algorithms provided by JABA web
2038 services. These include ClustalW,\footnote{{\sl ``CLUSTAL W: improving the
2039 sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting, position specific gap penalties and weight matrix choice."} Thompson JD, Higgins DG, Gibson TJ (1994) {\sl  Nucleic
2040 Acids Research} {\bf 22}, 4673-80} Muscle,\footnote{{\sl ``MUSCLE: a multiple
2041 sequence alignment method with reduced time and space complexity"} Edgar, R.C.
2042 (2004) {\sl BMC Bioinformatics} {\bf 5}, 113}  MAFFT,\footnote{{\sl ``MAFFT: a
2043 novel method for rapid multiple sequence alignment based on fast Fourier
2044 transform"}  Katoh, K., Misawa, K., Kuma, K. and Miyata, T. (2002) {\sl 
2045 Nucleic Acids Research} {\bf 30}, 3059-3066.  and {\sl ``MAFFT version 5:
2046 improvement in accuracy of multiple sequence alignment"} Katoh, K., Kuma, K.,
2047 Toh, H. and Miyata, T. (2005) {\sl Nucleic Acids Research} {\bf 33}, 511-518.}
2048 ProbCons\footnote{PROBCONS: Probabilistic Consistency-based Multiple Sequence Alignment.
2049 Do, C.B., Mahabhashyam, M.S.P., Brudno, M., and Batzoglou, S.
2050 (2005) {\sl Genome Research} {\bf 15} 330-340.} and T-COFFEE.\footnote{T-Coffee:
2051 A novel method for multiple sequence alignments. (2000) Notredame,Higgins and Heringa {\sl JMB} {\bf 302} 205-217} Of these,
2052 T-COFFEE is the slowest, but also the most accurate. ClustalW is historically the most widely used. Muscle is faster than ClustalW and probably the most accurate for smaller alignments and MAFFT is probably the best for large
2053 alignments\footnote{Clustal Omega, which was released in 2011, is arguably the
2054 fastest and most accurate tool for protein multiple alignment, and is
2055 included in JABAWS 2.0.}.
2056
2057
2058 To run an alignment web service, select the appropriate method from the {\sl
2059 Web Service $\Rightarrow$  Alignment $\Rightarrow$ \ldots} submenu (Figure
2060 \ref{webservices}). For each service you may either perform an alignment with
2061 default settings, use one of the available presets, or customise the parameters
2062 with the `{\sl Edit and Run ..}' dialog box. Once the job is submitted, a
2063 progress window will appear giving information about the job and any errors that
2064 occur. After successful completion of the job, a new window is opened with the
2065 results, in this case an alignment. By default, the new alignment will be
2066 ordered in the same way as the input sequences; however, many alignment programs
2067 re-order the input to place homologous sequences close together. This ordering
2068 can be recovered using the `Original ordering' entry within the {\sl Calculation
2069 $\Rightarrow$ Sort } sub menu.
2070
2071 \begin{figure}[htbp]
2072 \begin{center}
2073 \parbox[c]{1.5in}{\includegraphics[width=1.5in]{images/ws1.pdf}}
2074 \parbox[c]{2.5in}{\includegraphics[width=2.5in]{images/ws2.pdf}}
2075 \parbox[c]{2in}{\includegraphics[width=2in]{images/ws3.pdf}}
2076 \caption{{\bf Multiple alignment via web services} The appropriate method is
2077 selected from the menu (left), a status box appears (centre), and the results
2078 appear in a new window (right)}
2079 \label{webservices}
2080 \end{center}
2081 \end{figure}
2082
2083 \subsubsection{Realignment}
2084
2085 The re-alignment option is currently only supported by ClustalW. When performing a re-alignment, Jalview submits the current selection to the alignment service complete with any existing gaps. This approach is useful when one wishes to align additional sequences to an existing alignment without any further optimisation to the existing alignment. The Re-alignment service provided by ClustalW in this case is effectively a simple form of profile alignment. 
2086
2087 \subsubsection{Alignments of sequences that include hidden regions}
2088
2089 If the view or selected region that is submitted for alignment contains hidden regions, then only the visible sequences will be submitted to the service. Furthermore, each contiguous segment of sequences will be aligned independently (resulting a number of alignment `subjobs' appearing in the status window). Finally, the results of each subjob will be concatenated with the hidden regions in the input data prior to their display in a new window. This approach ensures that 1) hidden column boundaries in the input data are preserved in the resulting alignment - in a similar fashion to the constraint that hidden columns place on alignment editing (see Section \ref{lockededits}). 2) hidden columns can be used to preserve existing parts of an alignment whilst the visible parts are locally refined. 
2090
2091 \exercise{Multiple Sequence Alignment}{
2092 \exstep{ Close all windows and open the alignment at {\sf
2093 http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa}.  Select {\sl
2094 Web Service $\Rightarrow$ Alignment $\Rightarrow$ Default Settings} for Muscle. A window will open giving the job status. After a short time, a second window will open with the results of the alignment.} \exstep{Select the first sequence set by clicking on the window and try running ClustalW and MAFFT (from the {\sl Web Services $\Rightarrow$ Alignment} menu) on the same initial alignment. Compare them and you should notice small differences. }
2095 \exstep{Select the last three sequences in the MAFFT alignment, and de-align them with {\sl Edit $\Rightarrow$ Remove All Gaps}. Press [ESC] to deselect them and then submit the view for re-alignment with ClustalW.}
2096 \exstep{Use [CTRL]-Z to recover the alignment of the last three sequences in the MAFFT alignment. Once the ClustalW re-alignment has completed, compare the results of re-alignment of the three sequences with their alignment in the original MAFFT result.}
2097 \exstep{Select columns 60 to 125 in the original MAFFT alignment and hide them. Select {\sl Web Services $\Rightarrow$ Alignment $\Rightarrow$ MAFFT} to submit the visible portion of the alignment to MAFFT. When the web service job pane appears, note that there are now two alignment job status panes shown in the window.}
2098 \exstep{When the MAFFT job has finished, compare the alignment of the N-terminal visible region in the result with the corresponding region of the original alignment. If you wish, select and hide a few more columns in the N-terminal region, and submit the alignment to the service again and explore the effect of local alignment on the non-homologous parts of the N-terminal region.} 
2099 }
2100
2101
2102 \subsection{Customising the parameters used for alignment}
2103
2104 JABA web services allow you to vary the parameters used when performing a
2105 bioinformatics analysis. For JABA alignment services, this means you are
2106 usually able to modify the following types of parameters:
2107 \begin{list}{$\bullet$}{}
2108 \item Amino acid or nucleotide substitution score matrix
2109 \item Gap opening and widening penalties
2110 \item Types of distance metric used to construct guide trees
2111 \item Number of rounds of re-alignment or alignment optimisation  
2112 \end{list}
2113
2114
2115 \subsubsection{Getting help on the parameters for a service}
2116 Each parameter available for a method usually has a short description, which
2117 jalview will display as a tooltip, or as a text pane that can be opened under
2118 the parameterÕs controls. In the parameter shown in Figure
2119 \ref{clustalwparamdetail}, the description was opened by selecting the button on the left hand side. Online help for the
2120 service can also be accessed, by right clicking the button and selecting a URL
2121 from the pop-up menu that will open.
2122
2123 \begin{figure}[htbp]
2124 \begin{center}
2125 \includegraphics[width=2.5in]{images/clustalwparamdetail.pdf}
2126 \caption{{\bf ClustalW parameter slider detail}. From the ClustalW {\sl Edit &
2127 Run ..} dialog box. }
2128 \label{clustalwparamdetail}
2129 \end{center}
2130 \end{figure} 
2131
2132 \subsection{Alignment Presets}
2133 The different multiple alignment algorithms available from JABA vary greatly in
2134 the number of adjustable parameters, and it is often difficult to identify what
2135 are the best values for the sequences that you are trying to align. For these
2136 reasons, each JABA service may provide one or more presets Ð which are
2137 pre-defined sets of parameters suited for particular types of alignment
2138 problem. For instance, the Muscle service provides the following presets:
2139 \begin{list}{$\bullet$}{}
2140 \item Huge
2141 \item Protein alignments (fastest speed)
2142 \item Nucleotide alignments (fastest speed)
2143 \end{list}
2144
2145 The presets are displayed in the JABA web services submenu, and can also
2146 accessed from the parameter editing dialog box, which is opened by selecting
2147 the Ô{\sl Edit and run..}Õ option from the web serviceÕs menu. If you have used
2148 a preset, then it will be mentioned at the beginning of the job status file shown
2149 in the web service job progress window.
2150
2151 \subsubsection{Alignment Service Limits}
2152 Multiple alignment is a computationally intensive calculation. Some JABA server
2153 services and service presets only allow a certain number of sequences to be
2154 aligned Ð the precise number will depend on the server that you are using to
2155 perform the alignment. Should you try to submit more sequences than a service
2156 can handle, then an error message will be shown informing you of the maximum
2157 number allowed by the server.
2158
2159 \subsection{User defined Presets}
2160 Jalview allows you to create your own presets for a particular service. To do
2161 this, select the `{\sl Edit parameters and run ..}' option for your service,
2162 which will open a parameter editing dialog box like the one shown in Figure
2163 \ref{jwsparamsdialog}.
2164
2165 The top row of this dialog allows you to browse the existing presets, and
2166 when editing a parameter set, allows you to change its nickname. As you
2167 adjust settings, buttons will appear at the top of the parameters dialog that
2168 allow you to create, update, delete or undo changes to the currently selected
2169 user preset. In addition to the parameter set name, you can also provide a short
2170 description for the parameter set, which will be shown in the tooltip for the
2171 parameter set's entry in the web services menu.
2172
2173 \begin{figure}[htbc]
2174 \center{
2175 \includegraphics[width=3in]{images/jvaliwsparamsbox.pdf}
2176 \caption{{\bf Jalview's JABA alignment service parameter editing dialog box}.}
2177 \label{jwsparamsdialog} }
2178 \end{figure}
2179
2180 \subsubsection{Saving parameter sets}
2181 When creating a custom parameter set, you will be asked for a file name to save
2182 it. The location of the file is recorded in the Jalview user preferences in the
2183 same way as a custom alignment colourscheme, so when Jalview is launched again,
2184 it will show your custom preset amongst the options available for running the
2185 JABA service.
2186
2187
2188 % \exercise{Creating and using user defined presets}{\label{createandusepreseex}
2189 % \exstep{Import the file at
2190 % \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/fdx\_unaligned.fa} into jalview.}
2191 % \exstep{Use the `{\slDiscover Database Ids}' function to recover the PDB cross
2192 % references for the sequences.}
2193 % \exstep{Align the sequences using the default ClustalW parameters.}
2194 % \exstep{Use the `{\sl Edit and run..}'
2195 % option to open the ClustalW parameters dialog box, and create a new preset using
2196 % the following settings:
2197 % \begin{list}{$\bullet$}{}
2198 % \item BLOSUM matrix (unchanged)
2199 % \item Gap Opening and End Gap penalties = 0.05
2200 % \item Gap Extension and Separation penalties = 0.05
2201 % \end{list}
2202
2203 % As you edit the parameters, buttons will appear on the dialog box
2204 % allowing you revert your changes or save your settings as a new parameter
2205 % set.
2206
2207 % Before you save your settings, remeber to give them a meaningful name by editing
2208 % the text box at the top of the dialog box.
2209 % }
2210 % \exstep{Repeat the alignment using your new parameter set by selecting it from
2211 % the {\sl ClustalW Presets menu}.} 
2212 % \exstep{These sequences have PDB structures associated with them, so it is
2213 % possible to compare the quality of the alignments.
2214
2215 % Use the {\sl View all {\bf N}
2216 % structures} option to calculate the superposition of 1fdn on 1fxd for both
2217 % alignments (refer to section \ref{superposestructs} for instructions). Which
2218 % alignment gives the best RMSD ? }
2219 % \exstep{Apply the same alignment parameter settings to the example alignment
2220 % (available from \textsf{http://www.jalview.org/examples/uniref50.fa}). 
2221
2222 % Are there differences ? If not, why not ?
2223 % }
2224 % }
2225
2226
2227 \section{Protein Secondary Structure Prediction}
2228 \label{protsspredservices}
2229 Protein secondary structure prediction is performed using the
2230 Jpred\footnote{{\sl ``The Jpred 3 Secondary Structure Prediction Server''} Cole, C., Barber, J. D. and Barton, G. J. (2008) {\sl Nucleic Acids Research} {\bf 36}, (Web Server Issue) W197-W201
2231
2232 {\sl ``Jpred: A Consensus Secondary Structure Prediction Server''} Cuff, J. A.,
2233 Clamp, M. E., Siddiqui, A. S., Finlay, M. and Barton, G. J. (1998) {\sl
2234 Bioinformatics} {\bf 14}, 892-893} server at the University of
2235 Dundee\footnote{http://www.compbio.dundee.ac.uk/www-jpred/}. The behaviour of
2236 this calculation depends on the current selection:
2237 \begin{list}{$\circ$}{}
2238 \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.
2239 \begin{list}{-}{}
2240               \item If all rows are the same length (often due to the application of the {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps} option), then a JNet prediction will be run for the first sequence in the alignment, using the current alignment as the profile to use for prediction.
2241               \item  Otherwise, just the first sequence will be submitted for a full JNet prediction.
2242 \end{list}
2243 \item If just one sequence (or a region on one sequence) has been selected, it will be submitted to the automatic JNet prediction server for homolog detection and prediction. 
2244 \item If a set of sequences are selected, and they appear to be aligned using the same criteria as above, then the alignment will be used for a Jnet prediction on the first sequence in the set (that is, the one that appears first in the alignment window).
2245 \end{list}
2246 Jpred is launched in the same way as the other web services. Select {\sl Web
2247 Services $\Rightarrow$ Secondary Structure Prediction $\Rightarrow$ JNet
2248 Secondary Structure Prediction} from the alignment window menu
2249 (Figure \ref{jpred}). A status window opens to inform you of the progress of
2250 the job. Upon completion, a new alignment window opens and the Jpred
2251 predictions are included as annotations. Consult the Jpred documentation for
2252 information on interpreting these results.
2253
2254 \begin{figure}[htbp]
2255 \begin{center}
2256 \includegraphics[width=2.25in]{images/jpred1.pdf}
2257 \includegraphics[width=3in]{images/jpred2.pdf}
2258 \caption{{\bf Secondary Structure Prediction} Status (left) and results (right) windows for JNet predictions. }
2259 \label{jpred}
2260 \end{center}
2261 \end{figure}
2262
2263 \subsubsection{Hidden Columns and JNet Predictions}
2264 \label{hcoljnet}
2265 Hidden columns can be used to exclude parts of a sequence or profile from the
2266 input sent to the JNet service. For instance, if a sequence is known to include
2267 a large loop insertion, hiding that section prior to submitting the JNet
2268 prediction may result in a more reliable\footnote{This, of course, cannot be guaranteed, but the profile
2269 calculated by JNet will at least be different.} secondary structure prediction
2270 either side of the insertion. Prediction results returned from the service will
2271 be mapped back onto the visible parts of the sequence, to ensure a single frame
2272 of reference is maintained in your analysis.
2273
2274 \exercise{Secondary Structure Prediction}{
2275 \label{secstrpredex}
2276 \exstep{ Open the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. Select the sequence {\sl FER\_MESCR} by clicking on the sequence ID. Then select {\sl Web Services $\Rightarrow$ Secondary Structure Prediction $\Rightarrow$ JNet Secondary Structure Prediction} from the alignment window menu. A status window will appear and after some time a new window with the JPred prediction will appear. Note that the number of sequences in the results window is many more than in the original alignment as JNet performs a PSI-BLAST search to expand the prediction dataset.
2277 }
2278 % TODO: check how long this takes - about 2 mins once it gets on the cluster.
2279 \exstep{
2280 Select a different sequence and perform a JNet prediction in the same way. There will probably be minor differences in the predictions.
2281 }
2282 \exstep{
2283 Select the second sequence prediction, and copy and paste it into the first prediction window. You can now compare the two predictions. Jnet secondary structure prediction annotation are examples of {\bf sequence associated alignment annotation}.
2284 % which is described in Section \ref{seqassocannot} below.
2285 }
2286 \exstep{
2287 Select and hide some columns in one of the profiles that were returned from the JNet service, and then submit the profile for prediction again. 
2288 }
2289 \exstep{
2290 When you get the result, verify that the prediction has not been made for the
2291 hidden parts of the profile, and that the JPred reliability scores differ from the prediction made on the full profile.
2292
2293 {\sl Note: you may want to keep this data for use in exercise \ref{viewannotfileex}.}
2294 }
2295 }
2296
2297
2298 \section{Features and Annotation}
2299 \label{featannot}
2300 Features and annotations are additional information that is overlaid on the sequences and the alignment. Generally speaking, annotations are associated with columns in the alignment. Features are associated with specific residues in the sequence. 
2301
2302 Annotations are rendered below the alignment, in the annotation panel, and often reflect properties of the alignment as a whole.  The conservation, consensus and quality scores are examples of dynamic annotation. As the alignment changes, these annotations will change along with it. Conversely, sequence features are properties of the individual sequences. They do not change with the alignment, but are shown mapped on to specific residues within the alignment. 
2303
2304 Features and annotation can be interactively created, or retrieved from external data sources. DAS (the Distributed Annotation System) is the primary source of sequence features, whilst webservices like JPred (see \ref{jpred} above) can be used to analyse a given sequence or alignment and generate annotation for it.
2305
2306
2307 \subsection{Creating sequence features}
2308 Sequence features can be created simply by selecting the area in a sequence (or sequences) to form the feature and selecting {\sl Selection $\Rightarrow$ Create Sequence Feature } from the right-click context menu (Figure \ref{features}). A dialogue box allows the user to customise the feature with respect to name, group, and colour. The feature is then associated with the sequence. Moving the mouse over a residue associated with a feature brings up a tool tip listing all features associated with the residue.
2309
2310 \begin{figure}[htbp]
2311 \begin{center}
2312 \includegraphics[width=2in]{images/feature1.pdf}
2313 \includegraphics[width=2.5in]{images/feature2.pdf}
2314 \includegraphics[width=1.5in]{images/feature3.pdf}
2315 \caption{{\bf Creating sequence features.} Features can readily be created from selections via the context menu and are then displayed on the sequence. }
2316 \label{features}
2317 \end{center}
2318 \end{figure}
2319
2320 Creation of features from a selection spanning multiple sequences results in the creation of one feature per sequence. Each feature remains associated with it's own sequence.
2321
2322 \subsection{Customising feature display}
2323
2324 Feature display can be toggled on or off by selecting the {\sl View
2325 $\Rightarrow$ Show Sequence Features} menu option. When multiple features are
2326 present it is usually necessary to customise the display. Jalview allows the
2327 display, colour, rendering order and transparency of features to be modified
2328 via the {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} menu option. This
2329 brings up a dialogue window (Figure \ref{custfeat}) which allows the
2330 visibility of individual feature types to be selected, colours changed (by
2331 clicking on the colour of each sequence feature type) and the rendering order
2332 modified by dragging feature types to a new position in the list. Dragging the
2333 slider alters the transparency of the feature rendering. The Feature
2334 Settings dialog also includes functions for more advanced feature shading
2335 schemes and buttons for sorting the alignment according to the distribution of
2336 features. These capabilities are described further in sections
2337 \ref{featureschemes} and \ref{featureordering}.
2338
2339 \begin{figure}[htbp]
2340 \begin{center}
2341 \includegraphics[width=4in]{images/features4.pdf}
2342 \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.}
2343 \end{center}
2344 \end{figure}
2345
2346 \begin{figure}[htbp]
2347 \begin{center}
2348 \includegraphics[width=4in]{images/features5.pdf}
2349 \caption{{\bf Customising sequence features.} Features can be recoloured, switched on or off and have the rendering order changed. }
2350 \label{custfeat}
2351 \end{center}
2352 \end{figure}
2353
2354 \subsection{Sequence Feature File Formats}
2355
2356 Jalview supports the widely used GFF tab delimited format\footnote{see
2357 http://www.sanger.ac.uk/resources/software/gff/spec.html} and its own Jalview
2358 Features file format for the import of sequence annotation. Features and
2359 alignment annotation are also extracted from other formats such as Stockholm,
2360 and AMSA. URL links may also be attached to features. See the online
2361 documentation for more details of the additional capabilities of the jalview
2362 features file.
2363
2364 \exercise{Creating features}{
2365 \exstep{Open the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. We know that the Cysteine residues at columns 97, 102, 105 and 135 are involved in iron binding so we will create them as features. Navigate to column 97, sequence 1. Select the entire column by clicking in the ruler bar. Then right-click on the selection to bring up the context menu and select {\sl Selection $\Rightarrow$ Create Sequence Feature}. A dialogue box will appear.
2366 }
2367 \exstep{
2368 Enter a suitable Sequence Feature Name  (e.g. ``Iron binding site") in the
2369 appropriate box. Click on the Feature Colour bar to change the colour if
2370 desired, add a short description (``One of four Iron binding Cysteines") and press OK. The features will then appear on the sequences. } \exstep{Roll the mouse cursor over the new features. Note that the position given in the tool tip is the residue number, not the column number.  To demonstrate that there is one feature per sequence, clear all selections by pressing [ESC] then insert a gap in sequence 3 at position 95. Roll the mouse over the features and you will see that the feature has moved with the sequence. Delete the gap you created.
2371 }
2372 \exstep{
2373 Add a similar feature to column 102. When the feature dialogue box appears, clicking the Sequence Feature Name box brings up a list of previously described features. Using the same Sequence Feature Name allows the features to be grouped.}
2374 \exstep{Select {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} from the
2375 alignment window menu. The Sequence Feature Settings window will appear. Move
2376 this so that you can see the features you have just created. Click the check
2377 box for ``Iron binding site"  under {\sl Display} and note that display of this
2378 feature type is now turned off. Click it again and note that the features are
2379 now displayed. Close the sequence feature settings box by clicking {\sl OK} or
2380 {\sl Cancel}.} }
2381
2382 \subsection{Creating user defined annotation}
2383
2384 Annotations are properties that apply to the alignment as a whole and are visualized on rows in the annotation panel.
2385 To create a new annotation row, right click on the annotation label panel and select the {\sl Add New Row} menu option (Figure \ref{newannotrow}). A dialogue box appears. Enter the label to use for this row and a new row will appear.
2386
2387 \begin{figure}[htbp]
2388 \begin{center}
2389 \includegraphics[width=1.3in]{images/annots1.pdf}
2390 \includegraphics[width=2in]{images/annots2.pdf}
2391 \caption{{\bf Creating a new annotation row.} Annotation rows can be reordered by dragging them to the desired place.}
2392 \label{newannotrow}
2393 \end{center}
2394 \end{figure}
2395
2396 To create a new annotation, first select all the positions to be annotated on the appropriate row. Right-clicking on this selection brings up the context menu which allows the insertion of graphics for secondary structure ({\sl Helix} or {\sl Sheet}), text {\sl Label} and the colour in which to present the annotation (Figure \ref{newannot}). On selecting {\sl Label} a dialogue box will appear, requesting the text to place at that position. After the text is entered, the selection can be removed and the annotation becomes clearly visible\footnote{When annotating a block of positions, the text can be partly obscured by the selection highlight. Pressing the  [ESC] key clears the selection and the label is then visible.}. Annotations can be coloured or deleted as desired.
2397
2398 \begin{figure}[htbp]
2399 \begin{center}
2400 \includegraphics[width=2in]{images/annots3.pdf}
2401 \includegraphics[width=2in]{images/annots4.pdf}
2402 \includegraphics[width=2in]{images/annots5.pdf}
2403 \caption{{\bf Creating a new annotation.} Annotations are created from a selection on the annotation row and can be coloured as desired.}
2404 \label{newannot}
2405 \end{center}
2406 \end{figure}
2407
2408 \exercise{Annotating alignments}{
2409 \exstep{Load the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. Right-click on the annotation label for {\sl Conservation} to bring up the context menu and select {\sl Add New Row}. A dialogue box will appear asking for  {\sl Label for annotation}. Enter ``Iron binding site" and click {\sl OK}. A new, empty, row appears.
2410 }
2411 \exstep{
2412 Navigate to column 97. Select column 97 on the new annotation row. Right click on the selection and select {\sl Label} from the context menu. Enter ``Fe" in the box and click {\sl OK}. Right-click on the selection again and select {\sl Colour}. Choose a colour from the colour chooser dialogue and click {\sl OK}. Press [ESC] to remove the selection.
2413 }
2414 \exstep{ Select columns 70-77 on the annotation row. Right-click and choose {\sl Sheet} from the context menu. You will be prompted for a label. Enter ``B" and press OK. A new line showing the sheet as an arrow appears. The colour of the label can be changed but not the colour of the sheet arrow. 
2415 }
2416 \exstep{Right click on the annotation row that you just created.  Select {\sl Export Annotation} and, in the {\bf Export Annotation} dialog box that will open, select the Jalview format and click the [To Textbox] button. 
2417
2418 The format for this file is given in the Jalview help. Press [F1] to open it, and find the ``Annotations File Format'' entry in the ``Alignment Annotations'' section of the contents pane. }
2419
2420 \exstep{Export the file to a text editor and edit the file to change the name of the annotation row. Save the file and drag it onto the alignment view.}
2421 \exstep{Try to add an additional helix somewhere along the row by editing the file and re-importing it.
2422 {\sl Hint: Use the {\bf Export Annotation} function to view what helix annotation looks like in a jalview annotation file.}}
2423 \exstep{Use the {\sl Alignment Window $\Rightarrow$ File $\Rightarrow$ Export Annotation..} function to export all the alignment's annotation to a file.}
2424 \exstep{Open the exported annotation in a text editor, and use the {\bf Annotation File Format} documentation to modify the style of the Conservation, Consensus and Quality annotation rows so they appear as several lines on a single line graph.
2425 {\sl Hint: You need to change the style of annotation row in the first field of the annotation row entry in the file, and create an annotation row grouping to overlay the three quantitative annotation rows.}
2426 }
2427 \label{viewannotfileex}\exstep{Recover or recreate the secondary structure
2428 prediction that you made in exercise \ref{secstrpredex}. Use the {\sl File $\Rightarrow$ Export Annotation} function to view the jnet secondary structure prediction annotation row. Note the {\bf SEQUENCE\_REF} statements surrounding the row specifying the sequence association for the annotation. } }
2429
2430 \section{Importing features from databases}
2431 \label{featuresfromdb}
2432 Jalview supports feature retrieval from public databases either directly or {\sl via} the Distributed Annotation System (DAS\footnote{http://www.biodas.org/}). It includes built in parsers for Uniprot and EMBL records retrieved from the EBI. Sequences retrieved from these sources using the sequence fetcher (see Section \ref{fetchseq}) will already posess features. 
2433
2434 \subsection{Sequence Database Reference Retrieval}
2435 \label{fetchdbrefs}
2436 Jalview maintains a list of external database references for each sequence in
2437 an alignment. These are listed in a tooltip when the mouse is moved over the
2438 sequence ID when the {\sl View $\Rightarrow$ Sequence ID Tooltip $\Rightarrow$
2439 Show Database Refs } option is enabled. Sequences retrieved using the sequence
2440 fetcher will always have at least one database reference, but alignments
2441 imported from an alignment file generally have no database references.
2442
2443 \subsubsection{Database References and Sequence Coordinate Systems}
2444
2445 Jalview displays features in the local sequence's coordinate system which is
2446 given by its `start' and `end'. Any sequence features on the sequence will be
2447 rendered relative to the sequence's start position. If the start/end positions
2448 do not match the coordinate system from which the features were defined, then
2449 the features will be displayed incorrectly.
2450
2451 \subsubsection{Automatically discovering a sequence's database references}
2452 Jalview includes a function to automatically verify and update each sequence's
2453 start and end numbering against any of the sequence databases that the {\sl
2454 Sequence Fetcher} has access to. This function is accessed from the {\sl
2455 Webservices $\Rightarrow$ Fetch DB References} sub-menu in the Alignment
2456 window. This menu allows you to query either the set of {\sl Standard
2457 Databases}, which includes EMBL, Uniprot, the PDB, and the currently selected
2458 DAS sequence sources, or just a specific datasource from one of the submenus.
2459 When one of the entries from this menu is selected, Jalview will use the ID
2460 string from each sequence in the alignment or in the currently selected set to
2461 retrieve records from the external source. Any sequences that are retrieved are
2462 matched against the local sequence, and if the local sequence is found to be a
2463 sub-sequence of the retrieved sequence then the local sequence's start/end
2464 numbering is updated.  A new database reference mapping is created, mapping the
2465 local sequence to the external database, and the local sequence inherits any
2466 additional annotation retrieved from the database sequence.
2467
2468 The database retrieval process terminates when a valid mapping is found for a
2469 sequence, or if all database queries failed to retrieve a matching sequence.
2470 Termination is indicated by the disappearance of the moving progress indicator
2471 on the alignment window. A dialog box may be shown once it completes which
2472 lists sequences for which records were found, but the sequence retrieved from
2473 the database did not exactly contain the sequence given in the alignment (the
2474 {\sl ``Sequence not 100\% match'' dialog box}).
2475
2476 \exercise{Retrieving Database References}{
2477 \exstep{Load the example alignment at http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}
2478 \exstep{Verify that there are no database references for the sequences by first
2479 checking that the {\sl View $\Rightarrow$ Sequence ID Tooltip $\Rightarrow$ Show
2480 Database IDs} option is selected, and then mousing over each sequence's ID.}
2481 \exstep{Use the {\sl Webservices $\Rightarrow$ Fetch DB References} menu option to retrieve database IDs for the sequences.}
2482 \exstep{Examine the tooltips for each sequence in the alignment as the retrieval progresses - note the appearance of new database references.}
2483 \exstep{Once the process has finished, save the alignment as a Jalview Project. 
2484
2485 Now close all the windows and open the project again, and verify that the database references and sequence features are still present on the alignment}
2486
2487 }
2488
2489 \subsection{Retrieving Features {\sl via} DAS}
2490 \label{dasfretrieval}
2491 Jalview includes a client to retrieve features from DAS annotation servers. To
2492 retrieve features, select {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} from the alignment window menu. Select the {\sl DAS Settings} tab in the Feature Settings Window (Figure \ref{das}). A list of DAS sources compiled from the currently configured DAS registry\footnote{By default, this will be the major public DAS server registry maintained by the Sanger Institute: http://www.dasregistry.org} is shown in the left hand pane. Highlighting an entry on the left brings up information about that source in the right hand panel.
2493
2494 \begin{figure}[htbp]
2495 \begin{center}
2496 \includegraphics[width=2.5in]{images/das1.pdf}
2497 \includegraphics[width=2.5in]{images/das2.pdf}
2498 \caption{{\bf Retrieving DAS annotations.} DAS features are retrieved using the {\sl DAS Settings} tab (left) and their display customised using the {\sl Feature Settings} tab (right).}
2499 \label{das}
2500 \end{center}
2501 \end{figure}
2502
2503 Select appropriate DAS sources as required then click on {\sl Fetch DAS
2504 Features}. If you know of additional sources not listed in the configured
2505 registry, then you may add them with the {\sl Add Local Source} button. Use
2506 the {\sl Authority},{\sl Type}, and {\sl Label} filters to restrict the list
2507 of sources to just those that will return features for the sequences in the
2508 alignment.
2509
2510 Following DAS feature retrieval, the {\sl Feature Settings} panel takes on a
2511 slightly different appearance (Figure \ref{das} (right)). Each data source is
2512 listed and groups of features from one data source can be selected/deselected
2513 by checking the labeled box at the top of the panel.
2514
2515
2516 \subsubsection{The Fetch Uniprot IDs dialog box}
2517 \label{discoveruniprotids}
2518 If any sources are selected which refer to Uniprot coordinates as their reference system, then you may be asked if you wish to retrieve Uniprot IDs for your sequence. Pressing [OK] instructs Jalview to verify the sequences against Uniprot records retrieved using the sequence's ID string. This operates in much the same way as the {\sl Web Services $\Rightarrow$ Fetch Database References } function described in Section \ref{fetchdbrefs}. If a sequence is verified, then the start/end numbering will be adjusted to match the Uniprot record to ensure that features retrieved from the DAS source are rendered at the correct position. 
2519
2520 \subsubsection{Rate of feature retrieval}
2521 Feature retrieval can take some time if a large number of sources is selected and if the alignment contains a large number of sequences. This is because Jalview only queries a particular DAS source with one sequence at a time, to avoid overloading it.  As features are retrieved, they are immediately added to the current alignment view. The retrieved features are shown on the sequence and can be customised as described previously.
2522
2523
2524 \exercise{Retrieving features with DAS}{
2525 \label{dasfeatretrexcercise}
2526 \exstep{Load the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}.  Select {\sl View $\Rightarrow$ Sequence Features\ldots} from the alignment window menu. Select the {\sl DAS Settings} tab. A long list of available DAS sources is listed. Select a small number, eg Uniprot, DSSP, signalP and netoglyc. Click {\sl OK}. A window may prompt whether you wish Jalview to map the sequence IDs onto Uniprot IDs. Click {\sl Yes}. Jalview will start retrieving features. As features become available they will be mapped onto the alignment.
2527 }
2528 \exstep{If Jalview is taking too long to retrieve features, the process can be cancelled with the {\sl Cancel Fetch} button. Rolling the mouse cursor over the sequences reveals a large number of features annotated in the tool tip. Close the Feature Settings window.
2529 }
2530 \exstep{Move the mouse over the sequence ID panel. Non-positional features such as literature references and protein localisation predictions are given in the tooltip, below any database cross references associated with the sequence.}
2531 \exstep{Search through the alignment to find a feature with a link symbol next to it. Right click to bring up the alignment view popup menu, and find a corresponding entry in the {\sl Link } sub menu. }
2532 % TODO this doesn't work ! \includegraphics[width=.3in]{images/link.pdf}
2533
2534 \exstep{
2535 Select {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} to reopen the Feature Settings window. All the loaded feature types should now be displayed. Those at the top of the list sit on top of and obscure those below. Move the feature settings window so that the alignment is visible and uncheck some of the feature types by clicking the tick box in the display column. Observe how the alignment display changes. Note that unselected feature types do not appear in the tool tip.
2536 }
2537 \exstep{Reorder the features by dragging feature types up and down the order in the Feature Settings panel. e.g. Click on {\sl CHAIN} then move the mouse downwards to drag it below {\sl DOMAIN}. Note that {\sl DOMAIN} is now shown on top of {\sl CHAIN} in the alignment window. Drag {\sl METAL} to the top of the list. Observe how the cysteine residues are now highlighted as they have a {\sl METAL} feature associated with them.
2538 }
2539
2540 \exstep{Press the {\sl Optimise Order} button. The features will be ordered according to increasing length, placing features that annotate shorter regions of sequence higher on the display stack.}
2541
2542 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Export Features} from the Alignment window. You can choose to export the retrieved features as a GFF file, or Jalview's own Features format. 
2543 % TODO: describe working with features files and GFF
2544 }
2545 }
2546
2547 \subsection{Colouring features by score or description
2548 text}
2549 \label{featureschemes}
2550 Sometimes, you may need to visualize the differences in information carried by
2551 sequence features of the same type. This is most often the case when features
2552 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
2553 features using a graduated colourscheme in order to highlight these variations.
2554 In order to apply a graduated scheme to a feature type, select the `Graduated
2555 colour' entry in the Sequence feature type's popup menu, which is opened by
2556 right-clicking the feature type's color in the settings dialog box. Two types
2557 of colouring styles are currently supported: the default is quantitative
2558 colouring, which shades each feature based on its score, with the highest
2559 scores receiving the `Max' colour, and the lowest scoring features coloured
2560 with the `Min' colour. Alternately, you can select the `Colour by label'
2561 option to create feature colours according to the description text associated
2562 with each feature. This is useful for general feature types - such as
2563 Uniprot's `DOMAIN' feature - where the actual type of domain is given in the
2564 feature's description.
2565
2566 Graduated feature colour schemes can also be used to exclude low or
2567 high-scoring features from the alignment display. This is done by choosing your
2568 desired threshold type (either above or below), using the drop-down menu in the
2569 dialog box. Then, adjust the slider or enter a value in the text box to set the
2570 threshold for displaying this type of feature.
2571
2572 The feature settings dialog box allows you to toggle between a graduated and
2573 simple feature colourscheme using the pop-up menu for the feature type. When a
2574 graduated scheme is applied, it will be indicated by in the colour column for
2575 that feature type - with coloured blocks or text to indicate the colouring
2576 style and a greater than ($>$) or less than ($<$) symbol to indicate when a
2577 threshold has been defined.
2578
2579 \subsection{Using features to re-order the alignment}
2580 \label{featureordering}
2581 The presence of sequence features on certain sequences or in a particular
2582 region of an alignment can quantitatively identify important trends in
2583 the aligned sequences. In this case, it is more useful to
2584 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
2585 dialog box provides two buttons: `Seq sort by Density' and `Seq sort by
2586 Score', that allow you to reorder the alignment according to the number of
2587 sequence features present on each sequence, and also according to any scores
2588 associated with a feature. Each of these buttons uses the currently displayed
2589 features to determine the ordering, but
2590 if you wish to re-order the alignment using a single type of feature, then you can do this from the feature type's
2591 popup menu. Simply right-click the type's style in the Feature Settings dialog
2592 box, and select one of the {\sl Sort by score} and {\sl Sort by density}
2593 options to re-order the alignment. Finally, if a specific region is selected,
2594 then only features found in that region of the alignment will be used to
2595 create the new alignment ordering.
2596
2597 \exercise{Shading and sorting alignments using sequence features}{
2598 \label{shadingorderingfeatsex}
2599 \exstep{Re-load the alignment from \ref{dasfeatretrexcercise}.
2600 }
2601 \exstep{Open the
2602 feature settings panel, and, after first clearing the current
2603 selection, press the {\em Seq Sort by Density} button a few times.}
2604 \exstep{Use the DAS fetcher to retrieve the Kyte and Doolittle Hydrophobicity
2605 scores for the protein sequences in the alignment.
2606 {\sl Hint: the nickname for the das source is `KD$\_$hydrophobicity'.}}
2607 \exstep{Change the feature settings so only the hydrophobicity features are
2608 displayed. Mouse over the annotation and also export and examine the GFF and
2609 Jalview features file to better understand how the hydrophobicity measurements
2610 are recorded.}
2611 \exstep{Apply a graduated colourscheme to the hydrophobicity annotation to
2612 reveal the variation in average hydrophobicity across the alignment.}
2613 \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
2614 hydrophobicity.}
2615 \exstep{Save the alignment as a project, for use in exercise
2616 \ref{threshgradfeaturesex}.} }
2617
2618 \exercise{Shading alignments with combinations of graduated feature
2619 colourschemes}{
2620 \label{threshgradfeaturesex}
2621 \exstep{Reusing the annotated alignment from exercise
2622 \ref{shadingorderingfeatsex}, experiment with the colourscheme threshold to
2623 highlight the most, or least hydrophobic regions. Note how the colour scheme icon for the feature type changes when you change the threshold type.}
2624 \exstep{Change the colourscheme so
2625 that features at the threshold are always coloured grey, and the most
2626 hydrophobic residues are coloured red, regardless of the threshold value
2627 ({\em hint - there is a switch on the dialog to do this for you}).}
2628 \exstep{Enable the Uniprot {\em chain} annotation in the feature settings
2629 display and re-order the features so it is visible under the hydrophobicity
2630 annotation.}
2631 \exstep{Apply a graduated colourscheme to the {\em chain}
2632 annotation so that it distinguishes the different canonical names associated
2633 with the mature polypeptide chains.}
2634 \exstep{Export the alignment's sequence features using the Jalview sequence
2635 feature file format, to see how the different types of graduated feature
2636 colour styles are encoded. }
2637 }
2638 \section{Working with DNA}
2639 \label{workingwithnuc}
2640 Jalview was originally developed for the analysis of protein sequences, but
2641 now includes some specific features for working with nucleic acid sequences
2642 and alignments. Nucleotide sequences and alignments are recognised based on
2643 the presence of nucleotide symbols [ACGT] in greater than 85\% of the
2644 sequences. Built in codon-translation tables can be used to translate ORFs
2645 into peptides for further analysis. EMBL records retrieved {\sl via} the
2646 sequence fetcher (see Section \ref{fetchseq}) are also parsed in order to
2647 identify codon regions and extract peptide products. Furthermore, Jalview
2648 records mappings between protein sequences that are derived from regions of a
2649 nucleotide sequence. Mappings are used to to transfer annotation between
2650 nucleic acid and protein sequences, and to dynamically highlight regions in
2651 one sequence that correspond to the position of the mouse pointer in another.
2652 %TODO Working with Nucleic acid sequences and structures.
2653 \subsection{Alignment and Colouring}
2654
2655 Jalview provides a simple colourscheme for DNA bases, but does not apply any
2656 specific conservation or substitution score model for the shading of
2657 nucleotide alignments. However, pairwise alignments performed using the {\sl
2658 Alignment Window $\Rightarrow$ Calculations $\Rightarrow$ Pairwise Alignment
2659 \ldots} option will utilise an identity score matrix to calculate alignment
2660 score when aligning two nucleotide sequences.
2661
2662 \subsubsection{Aligning Nucleic Acid Sequences}
2663
2664 Jalview only has limited knowledge of the capabilities of the programs that
2665 are made available to it {\sl via} web services. The table below shows which
2666 alignment programs are most appropriate for nucleotide alignment. 
2667
2668 \begin{table}{}
2669 \centering
2670 \begin{tabular}{|l|c|l|}
2671 Program& RNA support& Notes\\
2672 \hline
2673 ClustalW& Yes&\begin{minipage}[f]{3in}
2674 Default is to autodetect nucleotide
2675 sequences. Editable parameters include nucleotide substitution matrices and
2676 distance metrics.
2677 \end{minipage}
2678 \\
2679 \end{tabular}
2680 \caption{JABAWS Alignment programs suitable for aligning nucleic acid
2681 sequences.}
2682 \label{nucleomsatools}
2683 \end{table}
2684
2685 In particular,
2686 only the ClustalW and MAFFT programs will successfuly recognise and align nucleic acid sequences. MAFFT will also choose an appropriate parameter model. Whilst Muscle may appear to align DNA, it simply treats the base symbols as
2687 amino-acids, often leading to a poor quality alignment. Furthermore, it will
2688 almost certainly fail to align RNA containing Uracil bases, since `U' is not a
2689 valid one-letter amino acid code.
2690
2691 \subsection{Translate cDNA}
2692
2693 The {\sl Calculations $\Rightarrow$ Translate cDNA} function in the alignment
2694 window is only available when working with a nucleic acid alignment. It uses the standard codon translation table given in the online help 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.
2695
2696 \subsection{Linked DNA and Protein Views}
2697
2698 \parbox{3.5in}{
2699 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 and extracted from EMBL records for DNA contigs are linked to their `parent' coding regions. Mousing over a region of the peptide highlights codons in views showing the original coding region.
2700 }\parbox{3in}{
2701 \begin{center}
2702 %\begin{figure}[htbp]
2703
2704 \includegraphics[width=2.8in]{images/cdnatranslinkedwin.pdf}
2705
2706 %\caption{{\bf Linked DNA and Protein Views.} }
2707 %\end{figure}
2708 \end{center}
2709 }
2710
2711
2712 \subsection{Coding regions from EMBL records}
2713
2714 Many EMBL records that can be retrieved with the sequence fetcher contain exons.
2715 Coding regions will be marked as features on the EMBL nucleotide sequence, and
2716 Uniprot database cross references will be listed in the tooltip displayed when
2717 the mouse hovers over the sequence ID. Uniprot database cross references
2718 extracted from EMBL records are sequence cross references, and associate a
2719 Uniprot sequence's coordinate system with the coding regions annotated on the
2720 EMBL sequence. Jalview utilises cross-reference information in two ways.
2721 \subsubsection{Retrieval of Protein or DNA Cross References}
2722 The {\sl Calculations $\Rightarrow$ Get Cross References } function is only available when Jalview recognises that there are protein/DNA cross-references present on sequences in the alignment. When selected, it retrieves the cross references from the alignment's dataset (a set of sequence and annotation metadata shared between alignments) or using the sequence database fetcher. This function can be used for EMBL sequences containing coding regions to open the Uniprot protein products in a new alignment window. The new alignment window that is opened to show the protein products will also allow dynamic highlighting of codon positions in the EMBL record for each residue in the product(s).
2723
2724 \subsubsection{Retrieval of protein DAS features on coding regions}
2725
2726 The Uniprot cross-references derived from EMBL records can be used by Jalview to visualize protein sequence features directly on nucleotide alignments. This is because the database cross references include the sequence coordinate mapping information to correspond regions on the protein sequence with that of the nucleotide contig. Jalview will use the Uniprot accessions associated with the sequence to retrieve features, and then map them onto the nucleotide sequence's coordinate system using the coding region location.
2727
2728 \begin{figure}[htbp]
2729 \begin{center}
2730 \label{dnadasfeatures}
2731 \includegraphics[width=5in]{images/dnadasfeatures.pdf}
2732
2733 \caption{Uniprot and PDB sum features retrieved {\sl via} DAS and mapped onto
2734 coding regions of EMBL record V00488 (an earlier version of Jalview is shown
2735 here).}
2736
2737 \end{center}
2738 \end{figure}
2739
2740 \exercise{Visualizing protein features on coding regions}
2741 {
2742 \exstep{Use the sequence fetcher to retrieve EMBL record V00488.}
2743 \exstep{Ensure that {\sl View $\Rightarrow$ Show Sequence Features} is checked and change the alignment view format to Wrapped mode so the distinct exons can be seen.}
2744 \exstep{Open the DAS sequence feature fetcher window and fetch features for V00488 the Uniprot reference server, and any additional servers that work with the Uniprot coordinate system.}
2745 \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.}
2746 \exstep{Open a new alignment view containing the Uniprot protein product with {\sl Calculations $\Rightarrow$ Get Cross References $\Rightarrow$ Uniprot } and examine the database references and sequence features. Experiment with the interactive highlighting of codon position for each residue.
2747 }
2748 }
2749
2750 % \chapter{Advanced Jalview}
2751
2752 % \section{Customising Jalview}
2753 % \subsection{Setting preferences}
2754
2755 % 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. 
2756
2757 % \subsection{Adding your own URL links}
2758
2759 % \subsection{Working with Databases and Database Cross References}
2760 % \label{getcrossrefs}
2761
2762 % {\sl Calculations $\Rightarrow$ Get Cross References }
2763
2764 % \section{Jalview IO Interface}
2765 % \subsection{Multiple views}
2766 % \subsection{Annotation files}
2767 % \subsection{Feature files}
2768 % \subsection{Moving sequence associated annotation}
2769 % \subsection{Propagating features}
2770 % \section{Structures}
2771 % \subsection{Working with Modeller files}
2772 % \subsection{Using local PDB files}
2773 % \section{Pairwise alignments}
2774 \r \end{document}