I have gone through all the exercises in the manual checking them and making changes...
[jalview-manual.git] / TheJalviewTutorial.tex
1 %\documentclass[a4paper,11pt]{report}
2 \documentclass[a4paper,11pt]{book}
3 \usepackage[format=hang,margin=10pt]{caption}
4 \usepackage{footnote}
5 \usepackage{graphicx}
6 \usepackage{fouriernc}
7 %\usepackage{amssymb}
8 \usepackage{epstopdf}
9 \usepackage{hyperref}
10 \usepackage{subfigure}
11 \DeclareGraphicsRule{.tif}{png}{.png}{`convert #1 `dirname #1`/`basename #1 .tif`.png}
12 \voffset = -0.5 in
13 \hoffset = -0.85 in
14 \textwidth = 6.5 in 
15 \textheight = 9.5 in 
16 \oddsidemargin = 1.20 in
17 \evensidemargin = 0.2 in
18 \topmargin = 0.0 in 
19 \headheight = 0.35 in
20 \headsep = 0.4 in
21 %\headheight = 0.0 in \headsep = 0.0 in
22 \parskip = 0.2in \parindent = 0.0in
23
24
25 \newtheorem{theorem}{Theorem}
26 \newtheorem{corollary}[theorem]{Corollary}
27 \newtheorem{definition}{Definition}
28
29
30 \title{Jalview 2.5: A manual and introductory tutorial }
31 \author{David Martin, James Procter, Andrew Waterhouse and Geoff Barton}
32 \date{Manual version 1.2.3 6th May 2011}
33
34 \newcommand{\clearemptydoublepage}{\newpage{\pagestyle{empty}}\cleardoublepage}
35
36 % how the hell do we add another panel with text like : This tutorial introduces
37 % the user to the features of Jalview, a multiple sequence alignment editor and
38 % viewer available from http://www.jalview.org to the title page.
39
40 % \renewcommand{menustyle}{\tt} %do something more advanced here.
41
42 \newcounter{ecount} 
43 \newcounter{exstep}[ecount]
44 \renewcommand{\theecount} {\arabic{ecount}}
45 \renewcommand{\theexstep} {\arabic{ecount}.\alph{exstep}}
46
47 \newcommand{\exercise}[2] { 
48 \refstepcounter{ecount}
49 \begin{center} \fbox{\parbox[b][\height]{6in}{ 
50 {\bf
51 % this doesn't work - page refs are off 
52 %  \mbox{\addcontentsline{toc}{subsection}{ Exercise \theecount : #1 } }
53 Exercise \theecount  :  #1  } 
54 \par #2 }} \end{center}
55 \pagebreak[0]
56 }
57 \newcommand{\exstep}[1]{ \stepcounter{exstep} {\sl \theexstep.}  \begin{minipage}[t]{5.5in} #1 \end{minipage} \par \vspace *{1mm} }
58 %%% Remove the % on the next 2 lines to hide tutorials.
59 %\renewcommand{\exercise}[2]{} 
60 %\renewcommand{\exstep}[1]{} 
61
62 \begin{document}
63
64
65 \pagenumbering{}
66
67 %\maketitle
68 % we make our own title because JBP is not clever enough to work out how
69 % to
70 % do
71 % this automatically
72
73 \begin{center}
74
75 {\Huge
76  
77 Jalview 2.8.2
78 }
79 \vspace{0.5in}
80 {\huge 
81
82 Manual and  Introductory Tutorial }
83
84 \vspace{2.4in}
85
86 {\large
87
88 David Martin, James Procter, Andrew Waterhouse, Saif Shehata, Nancy Giang,
89 Suzanne Duce and Geoff Barton
90  
91
92 }
93
94 \vspace{1.2in}
95
96 College of Life Sciences, University of Dundee
97
98 Dundee, Scotland DD1 5EH, UK
99
100
101 \vspace{2in}
102
103 Manual Version 1.5.1 
104 % post CLS lifesci course on 15th January
105 % draft. Remaining items are AACon, RNA visualization/editing and Protein disorder analysis exercises.
106
107 24th April 2015
108
109
110 \end{center}
111
112 %\newpage
113
114 \clearemptydoublepage
115
116 % ($Revision$) 11th October 2010.}
117 % TODO revise for 2.6
118
119 \pagenumbering{roman}
120 \setcounter{page}{1}
121 \tableofcontents 
122 \clearemptydoublepage
123 % \listoffigures 
124 % \newpage
125 % \listoftables 
126 % \newpage
127 \pagenumbering{arabic}
128 \setcounter{page}{1}
129
130 \chapter{Basics}
131 \label{jalviewbasics}
132 \section{Introduction}
133 \subsection{Jalview}
134 Jalview is a multiple sequence alignment viewer, editor and analysis tool.
135 Jalview is designed to be platform independent (running on Mac, MS Windows, Linux
136 and any other platforms that support Java). Jalview is capable of editing and
137 analysing large alignments (thousands of sequences) with minimal degradation in
138 performance, and able to show multiple integrated views of the alignment and
139 other data. Jalview can read and write many common sequence formats including
140 FASTA, Clustal, MSF(GCG) and PIR.
141
142
143 There are two types of Jalview program. The {\bf Jalview Desktop} is a standalone 
144 application that provides powerful editing, visualization, annotation and
145 analysis capabilities. The {\bf JalviewLite} applet has the same core
146 visualization, editing and analysis capabilities as the desktop, without the
147 desktop's webservice and figure generation capabilities. It is designed to be
148 embedded in a web page,\footnote{A demonstration version of Jalview (Jalview Micro
149 Edition) also runs on a mobile phone but the functionality is limited to sequence
150 colouring.} and includes a javascript API to allow customisable display of
151 alignments for web sites such as Pfam.\footnote{\url{http://pfam.xfam.org}}
152
153
154 Jalview 2.8.2 was released in December 2014. The Jalview Desktop in this version
155 provides access to protein and nucleic acid sequence, alignment and structure
156 databases, and includes the Jmol\footnote{ Provided under the LGPL licence at
157 \url{http://www.jmol.org}} viewer for molecular structures, and the VARNA\footnote{Provided under GPL licence at \url{http://varna.lri.fr}} program for the visualization of RNA secondary structure. A
158 Distributed Annotation System (DAS) client\footnote{jDAS - released under Apache license (v2.0) at \url{http://code.google.com/p/jdas}} which facilitates the retrieval and display of third party sequence
159 annotation in association with sequences and any associated structure. It also
160 provides a graphical user interface for the multiple sequence alignment, conservation analysis and protein disorder prediction methods provided as {\bf Ja}va {\bf B}ioinformatics
161 {\bf A}nalysis {\bf W}eb {\bf S}ervices (JABAWS). JABAWS\footnote{released under GPL at \url{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws}} is a system for running bioinformatics programs that you can download and run on your own machine or cluster, or install on compute clouds.
162
163 \subsection{Jalview's Capabilities}
164 % TODO add references to appropriate sections for each capability described here.
165 Figure \ref{jvcapabilities} gives an overview of the main features of the
166 Jalview desktop application. Its primary function is the editing and
167 visualization of sequence alignments, and their interactive analysis. Tree
168 building, principal components analysis, physico-chemical property conservation
169 and sequence consensus analyses are built into the program. Web services enable
170 Jalview to access online alignment and secondary structure prediction programs,
171 as well as to retrieve protein and nucleic acid sequences, alignments, protein structures and sequence annotation. Sequences, alignments, trees, structures, features and alignment annotation may also be exchanged with the local filesystem. Multiple visualizations of an alignment may be worked on simultaneously, and the user interface provides a comprehensive set of controls for colouring and layout. Alignment views are dynamically linked with Jmol structure displays, a tree viewer and spatial cluster display, facilitating interactive exploration of the alignment's structure. The application provides its own Jalview project file format in order to store the current state of an alignment and analysis windows. Jalview also provides WYSIWIG\footnote{WYSIWIG: What You See Is What You Get.} style figure generation capabilities for the preparation of alignments for publication.
172 \begin{figure}[htbp]
173 \begin{center}
174 \includegraphics[width=5.8in]{images/jvcapabilities.pdf}
175 \caption{{\bf Capabilities of the Jalview Desktop.} The Jalview Desktop Application provides a stable environment for the creation, editing and analysis of alignments and the generation of figures.}
176 \label{jvcapabilities}
177 \end{center}
178 \end{figure}
179
180 \subsubsection{Jalview History}
181 Jalview was initially developed in 1996 by Michele Clamp, James Cuff, Steve
182 Searle and Geoff Barton at the University of Oxford and then the European
183 Bioinformatics Institute. Development of Jalview 2 was made possible with
184 eScience funding from the BBSRC\footnote{Biotechnology and Biological Sciences
185 Research Council grant  {\sl ``VAMSAS: Visualization and Analysis of Molecules,
186 Sequence Alignments and Structures"}, a joint project to enable interoperability
187 between Jalview, TOPALi and AstexViewer.} in 2004, enabling Andrew Waterhouse and
188 Jim Procter to re-engineer the original program to introduce contemporary developments
189 in bioinformatics and take advantage of the latest web and Java technology.
190 Jalview's development has been supported from 2009
191 by awards from the BBSRC's Tools and Resources fund, and, since 2014, a Wellcome Trust Biomedical Resource grant\footnote{Wellcome grant number 101651/Z/13/Z}. In 2010, 2011, and 2012, Jalview benefitted from the
192 \href{http://code.google.com/soc/}{Google Summer of Code}, when Lauren Lui and Jan Engelhardt introduced new features for handling RNA alignments and secondary structure annotation, in collaboration with Yann Ponty.\footnote{\url{http://www.lix.polytechnique.fr/~ponty/}}
193
194  
195 %TODO describe future plans in history ? not a good idea.
196 % Jalview continues to be one of the worlds most popular\footnote{and in the authors opinion, the best.} sequence alignment and analysis tools.
197
198 \subsubsection{Citing Jalview}
199 If you use Jalview in your work you should cite:\newline
200 {\sl "Jalview Version 2 - a multiple sequence alignment editor and analysis
201 workbench"}\newline Waterhouse, A.M., Procter, J.B., Martin, D.M.A, Clamp, M. and Barton, G. J. (2009) \newline {\sl Bioinformatics}  doi: 10.1093/bioinformatics/btp033
202
203 This paper supersedes the original Jalview publication:\newline {\sl "The
204 Jalview Java alignment editor"} \newline Michele Clamp, James Cuff, Stephen M. Searle and Geoffrey J. Barton (2004) \newline {\sl Bioinformatics} {\bf 20} 426-427. 
205
206   
207 \subsection{About this Tutorial }
208
209 This tutorial is written in a manual format with short exercises where
210 appropriate, typically at the end of each section. This chapter concerns the
211 basic operation of Jalview and should be sufficient for those who want to
212 load Jalview (Section \ref{startingjv}), open an alignment (Section \ref{loadingseqs}), perform basic editing and colouring (Section \ref{selectingandediting} and Section \ref{colours}), and produce publication
213 and presentation quality graphical output (Section \ref{layoutandoutput}).
214
215 Chapter \ref{analysisannotation} covers the additional visualization and
216 analysis techniques that Jalview provides. This includes working with the
217 embedded Jmol molecular structure viewer, building and viewing trees and PCA
218 plots, and using trees for sequence conservation analysis. An overview of
219 the Jalview Desktop's webservices is given in Section \ref{jvwebservices}, and
220 the alignment and secondary structure prediction services are described
221 in detail in Sections \ref{msaservices} and \ref{protsspredservices}. Following
222 this, Section \ref{featannot} details the creation and visualization of sequence
223 and alignment annotation, and the retrieval of sequences and annotation from
224 databases and DAS Servers. Finally, Section \ref{workingwithnuc} discusses
225 specific features of use when working with nucleic acid sequences, such as translation and linking to protein
226 coding regions, and the display and analysis of RNA secondary structure.
227
228 %^Chapter \ref{jalviewadvanced} The third chapter covers the detail^ of Jalview and is aimed at the user who is
229 %already familiar with Jalview operation but wants to get more out of their
230 %Jalview experience.
231
232 \subsubsection{Typographic Conventions}
233
234 Keystrokes using the special non-symbol keys are represented in the tutorial by
235 enclosing the pressed keys with square brackets ({\em e.g.} [RETURN] or [CTRL]).
236
237 Keystroke combinations are combined with a `-' symbol ({\em e.g.} [CTRL]-C means
238 press [CTRL] and the `C' key).
239
240 Menu options are given as a path from the menu
241 that contains them - for example {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment
242 $\Rightarrow$ From URL} means to select the `From URL' option from the `Input
243 Alignment' submenu of a window's `File' dropdown menu.
244
245 \section{Obtaining and Starting the Jalview Desktop Application}
246 \label{startingjv}
247 \begin{figure}[htbp]
248 \begin{center}
249 \includegraphics[width=4.5in]{images/download.pdf}
250 \caption{\bf Download page on the Jalview web site at www.jalview.org.}
251 \label{download}
252 \end{center}
253 \end{figure}
254
255 This tutorial is based on the Jalview
256 Desktop application. Much of the information will also be useful for users of
257 the JalviewLite applet, which has the same core editing, analysis and visualization capabilities (see the
258 \href{http://www.jalview.org/examples/applets.html}{JalviewLite Applet Examples}
259 page for examples). The Jalview Desktop, however, is much more powerful, and
260 includes additional support for interaction with external web services, and
261 production of publication quality graphics.
262
263 The Jalview Desktop can be run in two ways; as an application launched from the
264 web {\sl via} Java webstart, or as an application loaded onto your hard drive. 
265 The webstart version is launched from the pink `Launch Jalview Desktop
266 button' at the top right hand side of pages of the website 
267 \href{http://www.jalview.org}{(www.jalview.org)}.
268 To download the locally installable version, follow the links on the download
269 page
270 \href{http://www.jalview.org/download}{(www.jalview.org/download) }
271  (Figure \ref{download}).
272 These links will launch the latest stable release of Jalview.\par
273
274 %% this paragraph needs to be rewritten for the new signed certificate from Certum.
275
276 When the application is launched with webstart, two dialogs may appear before
277 the application starts. If your browser is not set up to handle webstart, then
278 clicking the launch link may download a file that needs to be opened
279 manually, or prompt you to select the correct program to handle the webstart
280 file. If that is the case, then you will need to locate the {\bf javaws} program
281 on your system\footnote{The file that is downloaded will have a type of {\bf
282 application/x-java-jnlp-file} or {\bf .jnlp}. The {\bf javaws} program that can run
283 this file is usually found in the {\bf bin} directory of your Java
284 installation}. Once java webstart has been launched, you may also be prompted to
285 accept a security certificate signed by the Barton Group.\footnote{On some
286 systems, the certificate may be signed by 'UNKNOWN'. In this case, clicking
287 through the dialogs to look at the detailed information about the certificate
288 should reveal it to be a Barton group certificate.} You can always trust us, so
289 click trust or accept as appropriate. The splash screen (Figure \ref{splash})
290 gives information about the version and build date that you are running,
291 information about later versions (if available), and the paper to cite in your
292 publications. This information is also available on the Jalview web site at 
293 \url{http://www.jalview.org}.
294
295 %[fig 2] 
296 \begin{figure}[htbp]
297
298 \begin{center}
299 \includegraphics[width=4.5in]{images/splash.pdf}
300 \caption{{\bf Jalview splash screen.}}
301 \label{splash}
302 \end{center}
303 \end{figure}
304
305 When Jalview starts it will automatically load an example alignment from the
306 Jalview site. This behaviour can be switched off in the Jalview Desktop
307 preferences dialog  by unchecking the open file option.
308 This alignment will look like the one in Figure \ref{startpage} (taken
309 from Jalview version 2.7).
310
311 %[figure 3 ]
312 \begin{figure}[htbp]
313 \begin{center}
314 \includegraphics[width=4in]{images/start.pdf}
315 \caption{{\bf Default startup for Jalview.}}
316 \label{startpage}
317 \end{center}
318 \end{figure}
319
320
321 \subsubsection{Jalview News RSS Feed}
322
323 Announcements are made available to users of the
324 Jalview Desktop {\sl via} the Jalview Newsreader. This window will open
325 automatically when new news is available, and can also be accessed {\sl via} the
326 Desktop's {\sl Tools $\Rightarrow$ Show Jalview News} menu entry. 
327
328 \begin{figure}[htbp]
329 \begin{center}
330 \includegraphics[height=3in]{images/jvrssnews.pdf}
331 \caption{{\bf The Jalview News Reader.} The newsreader opens automatically
332 when new articles are available from the Jalview Desktop's news channel.}
333 \label{jalviewrssnews}
334 \end{center}
335 \end{figure}
336
337
338 \exercise{Launching Jalview from the Jalview Website}{
339 \label{start}
340 \exstep{Open the Jalview web
341 site \href{http://www.jalview.org}{(www.jalview.org)}
342 in your web browser. Launch Jalview by clicking on the
343 pink `Launch Jalview' Desktop button in the top right hand corner. This
344 will download and open a jalview.jnlp webstart file.}
345 \exstep {Dialogue boxes
346 will open and ask if you want to open the jalview.jnlp file as the file is an application downloaded from the
347 Internet, click Open. (Note you maybe asked to update Java, if you agree then it
348 will automatically update the Java software). As Jalview opens, four demo
349 Jalview windows automatically load.}
350 \exstep {If
351 you are having trouble, it may help changing the browser you are using, as the browsers and
352 it's version may affect this process.}
353 \exstep{To deactivate the opening of the 4 demo sequences during the launch, go
354 to the {\sl Tools $\Rightarrow$
355 Preferences...} menu on the desktop. A `Preference'
356 dialogue box opens, untick the box adjacent to the `Open file' entry in the
357 `Visual' preferences tab.
358 Click OK to save the preferences.}
359 \exstep{Launch another Jalview workbench from the web site by clicking on the
360 pink Launch button.
361 The example alignment should not be loaded as Jalview starts up.}
362 \exstep{To reload the original demo file select the
363 {\em File$\Rightarrow$ From URL} entry in the Desktop menu. Click on
364 the URL history button on the right hand side of the dialog box to view the
365 files, select exampleFile\_2\_7.jar, then click OK.}
366 {\bf Note:} Should you want to reload the example alignment or load your own
367 sequence during the launch process, then go
368 to the {\sl Tools $\Rightarrow$
369 Preferences...} menu on the desktop. The tick the `Open file' entry of `Visual'
370 preferences tab, type in the URL of the sequence you want to load. This
371 file will load during the start up process.\\
372
373 As the jalview.jnlp file launches Jalview on your desktop, you
374 may want to move this from the downloads folder to another folder.
375 Opening from this file will allow Jalview to be launched offline.
376
377 {\bf Help launching Jalview is available in videos on the Getting Started page
378 of the Jalview website at \url{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}.}}
379
380 \subsection{Getting Help}
381 \label{gettinghelp}
382 \subsubsection{Built in Documentation}
383 Jalview has comprehensive on-line help documentation. Select  {\sl Help
384 $\Rightarrow$ Documentation} from the main window menu and a new window will
385 open (Figure \ref{help}). The appropriate topic can then be selected from the
386 navigation panel on the left hand side. To search for a specific topic, click
387 the `search' tab and enter keywords in the box which appears.
388
389
390 \begin{figure}[htbp]
391 \begin{center}
392 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=2.75in]{images/help1.pdf}}}
393 \parbox[c]{4in}{\includegraphics[width=4in]{images/help2.pdf}}
394 \caption{{\bf Accessing the built in Jalview documentation.}}
395 \label{help}
396 \end{center}
397 \end{figure}
398
399 \subsubsection{Email Lists}
400
401 The Jalview Discussion list {\tt jalview-discuss@jalview.org} provides a forum
402 for Jalview users and developers to raise problems and exchange ideas - any
403 problems, bugs, and requests for help should be raised here. The {\tt
404 jalview-announce@jalview.org} list can also be subscribed to if you wish to be
405 kept informed of new releases and developments. 
406
407 Archives and mailing list
408 subscription details can be found in the Jalview web site's \href{http://www.jalview.org/community}{community section}.
409
410 \section{Navigation}
411 \label{jvnavigation}
412 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.  
413
414  Jalview has two navigation and editing modes: {\bf normal mode}, where
415  editing and navigation is performed using the mouse, and {\bf cursor mode}
416  where editing and navigation are performed using the keyboard. The {\bf F2 key}
417  is used to switch between these two modes. With a Mac as the F2 is
418  often assigned to screen brightness, one may often need to  type {\bf function
419  [Fn] key with F2}.
420
421 \begin{figure}[htb]
422 \begin{center}
423 \includegraphics[width=6.5in]{images/jalview_anatomy.pdf}
424 \caption{{\bf The anatomy of Jalview.} The major features of the Jalview Desktop Application are labeled.}
425 % TODO: modify text labels to be clearer - black on grey and black border for clarity
426 \label{anatomy}
427 \end{center}
428 \end{figure}
429
430 \subsection{Navigation in Normal Mode}
431
432 Jalview always starts up in Normal mode, where the mouse is used to interact
433 with the displayed alignment view. You can move about the alignment by clicking
434 and dragging the ruler scroll bar to move horizontally, or by clicking and
435 dragging the alignment scroll bar to the right of the alignment to move
436 vertically.  If all the rows or columns in the alignment are displayed, the
437 scroll bars will not be visible.
438
439  Each alignment view shown in the alignment window presents a window onto the
440  visible regions of the alignment. This means that with anything more than a few
441  residues or sequences, alignments can become difficult to visualize on the
442  screen because only a small area can be shown at a time. It can help,
443  especially when examining a large alignment, to have an overview of the whole
444  alignment. Select {\sl View $\Rightarrow$ Overview Window} from the Alignment
445  window menu bar (Figure \ref{overview}\footnote{the menu shown in this figure
446  is from Jalview 2.2, later versions have more options.}).
447 % (Figure4)
448 \begin{figure}[htbp]
449 \begin{center}
450 \includegraphics[width=4.5in]{images/overview.pdf}
451 \caption{{\bf Alignment Overview Window.} The overview window for a view is opened from the {\em View} menu.}
452 \label{overview}
453 \end{center}
454 \end{figure}
455
456 The red box in the overview window shows the current view in the alignment
457 window. A percent identity histogram is plotted below the alignment overview.
458 Shaded parts indicate rows and columns of the alignment that are hidden (in this
459 case, a single row at the bottom of the alignment - see Section
460 \ref{hidingregions}). You can navigate around the alignment by dragging the red
461 box. 
462
463 %Try this now and see how the view in the alignment window changes.
464
465 \parbox[c]{3in}{Alignment and analysis windows are closed by clicking on the
466 usual `close' icon (indicated by arrows on Mac OS X). If you want to close all
467 the alignments and analysis windows at once, then use the {\sl Window
468 $\Rightarrow$ Close All} option from the Jalview desktop.
469
470 {\bf \em{Warning: make sure you have saved your work because this cannot be
471 undone!}} }
472 \parbox[c]{3in}{\centerline{\includegraphics[width=2.5in]{images/start_closeall.pdf}
473 }}
474
475 \subsection{Navigation in Cursor Mode}
476 \label{cursormode}
477 \parbox[c]{5in}{Cursor mode navigation enables the user to quickly
478 and precisely navigate, select and edit parts of an alignment. On pressing F2 to
479 enter cursor mode the position of the cursor is indicated by a black background
480 and white text. The cursor can be placed using the mouse or moved by pressing
481 the arrow keys ($\uparrow$, $\downarrow$, $\leftarrow$, $\rightarrow$).
482 }\parbox[c]{1.25in}{\centerline{\includegraphics[width=0.8in]{images/cursor1.pdf}}}
483
484 Rapid movement to specific positions is accomplished as listed below:
485 \begin{list}{$\circ$}{}
486 \item {\bf Jump to Sequence {\sl n}:} Type a number {\sl n} then press [S] to
487 move to sequence (row). {\sl n}
488 \item {\bf Jump to Column {\sl n}:} Type a number {\sl n} then press [C] to move to column {\sl n} in the alignment.  
489 \item {\bf Jump to Residue {\sl n}:} Type a number {\sl n} then press [P] to move to residue number {\sl n} in the current sequence.  
490 \item {\bf Jump to  column {\sl m} row {\sl n}:} Type the column number {\sl m}, a comma, the row number {\sl n} and press [RETURN]. 
491 \end{list}
492
493 \exercise{Navigation}{
494 \label{navigate}
495 Jalview has two navigation and editing modes: {\bf normal} mode (where editing
496 and navigation are via the mouse) and the {\bf cursor} mode (where editing and
497 navigation are via the keyboard).
498 The {\bf F2 key} is used to switch between these two modes. With a Mac often
499 need to type function  {\bf Fn key and F2}, as button is often assigned to
500 screen brightness. Jalview always starts up in {\bf normal mode}.
501
502 \exstep{Load an example alignment from its URL
503 (\url{http://www.jalview.org/examples/exampleFile_2_7.jar}) via the Desktop
504 using {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} dialog
505 box.
506 (The URL should be stored in its history and clicking on the {\sl down arrow} is
507 an easy way to access it.)}
508 \exstep{Scroll around the alignment using the alignment (vertical) and ruler (horizontal) scroll bars.}
509 \exstep{Find the Overview Window, {\sl Views
510 $\Rightarrow$ Overview Window} and open it. Move around the
511 alignment by clicking and dragging the red box in the overview window.}
512 \exstep{Return to the alignment window. Look at the status bar (lower left hand
513 corner of the alignment window) as you move the mouse over the alignment. It indicates information about the
514 sequence and residue under the cursor.}
515 \exstep{Press [F2] key (or [Fn]/[F2] on Mac) to enter {\bf Cursor mode}. Use
516 the direction {\bfarrow keys} to move the cursor around the alignment.}
517 \exstep{Move to sequence 7 by pressing {\bf 7 S}. Move to column 18 by pressing
518 {\bf 1 8 C}. Move to residue 18 by pressing {\bf 1 8 P}. Note that these can be
519 two different positions if gaps are inserted into the sequence. Move to sequence 5,
520 column 13 by typing {\bf 1 3 , 5 [RETURN]}.}
521
522 {\bf Note:} To view Jalview's comprehensive on-line help documentations select
523 Help on desktop menu, clicking on Documentation will open a Documentation
524 window. Select topic from the navigation panel on the left hand side or use the
525 Search tab to select specific key words
526
527 {\bf Help navigating is available in videos on the Getting Started page
528 of the Jalview website at \url{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}.}}
529
530 \subsection{The Find Dialog Box}
531 \label{searchfunction}
532 A further option for navigation is to use the {\sl Select $\Rightarrow$
533 Find\ldots} function. This opens a dialog box into which can be entered regular
534 expressions for searching sequences and sequence IDs, or sequence numbers.
535 Hitting the [Find next] button will highlight the first (or next) occurrence of
536 that pattern in the sequence ID panel or the alignment, and will adjust the view
537 in order to display the highlighted region. The Jalview Help provides
538 comprehensive documentation for this function, and a quick guide to the regular
539 expressions that can be used with it.
540
541 %TODO insert a figure for the Find dialog box
542
543
544 \section{Loading your Own Sequences}
545 \label{loadingseqs}
546 Jalview provides many ways to load your own sequences. %For this section of the tutorial you will need to download the file http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa to a suitable location on your hard drive.
547
548 \subsection{Drag and Drop}
549         In most operating systems you can just drag a file icon from a file browser
550         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.
551         Drag and drop also works when loading data from a URL -
552 simply drag the link or url from the address panel of your browser on to an
553 alignment or the Jalview desktop background and Jalview will load data from the
554 URL directly.
555 %  (Figure \ref{drag})
556 % %[fig 5]
557 % \begin{figure}[htbp]
558 % \begin{center}
559 % \includegraphics[width=2in]{images/drag2.pdf}
560 % \includegraphics[width=2in]{images/drag3.pdf}
561 % \caption{{\bf An alignment can be opened by dragging the file onto the Jalview window. }}
562 % \label{drag}
563 % \end{center}
564 % \end{figure}
565
566 % %\includegraphics[width=2in]{images/drag1.pdf}
567
568
569 \subsection{From a File}
570 Jalview can read sequence alignments from a sequence alignment file. This is a
571 text file, not a word processor document. For entering sequences from a
572 wordprocessor document see Cut and Paste  (Section \ref{cutpaste}) below. Select
573 {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From File} from the main
574 menu (Figure \ref{loadfile}). You will then get a file selection window where
575 you can choose the file to open. Remember to select the appropriate file type.
576 Jalview can automatically identify some sequence file formats.
577
578 %[fig 6]
579 \begin{figure}[htbp]
580 \begin{center}
581 \includegraphics[width=2in]{images/loadfilebox.pdf}
582 %\includegraphics[width=2in]{images/loadfilebox2.pdf}
583 \includegraphics[width=3in]{images/loadfileboxdrop.pdf}
584 \caption{{\bf Opening an alignment from a file saved on disk. }}
585 \label{loadfile}
586 \end{center}
587 \end{figure}
588
589 \subsection{From a URL}
590 Jalview can read sequence alignments directly from a URL. Please note that the
591 files must be in a sequence alignment format - an HTML alignment or graphics
592 file cannot be read by Jalview.
593 Select {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} from the
594 main menu and a window will appear asking you to enter the URL (Figure
595 \ref{loadurl}). Jalview will attempt to automatically discover the file format.
596
597 %[fig 7]
598 \begin{figure}[htbp]
599 \begin{center}
600 \includegraphics[width=2in]{images/menuloadurl.pdf}
601 \includegraphics[width=3in]{images/loadurlbox.pdf}
602 \caption{{\bf Opening an alignment from a URL. }}
603 \label{loadurl}
604 \end{center}
605 \end{figure}
606
607 \subsection{Cut and Paste}
608 \label{cutpaste}
609 Documents such as those produced by Microsoft Word cannot be readily understood
610 by Jalview. The way to read sequences from these documents is to select the
611 data from the document and copy it to the clipboard. There are two ways to
612 do this. One is to right-click on the desktop background, and select the
613 `Paste to new alignment' option in the menu that appears. The other is to select
614 {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From Textbox} from the
615 main menu, and paste the sequences into the textbox window that will appear
616 (Figure \ref{loadtext}). In both cases, presuming that they are in the right
617 format, Jalview will happily read them into a new alignment window.
618 %[fig 8]
619
620 \begin{figure}[htbp]
621 \begin{center}
622 \includegraphics[width=2in]{images/menuloadtext.pdf}
623 \includegraphics[width=3in]{images/loadtextbox.pdf}
624 \caption{{\bf Opening an alignment from pasted text. }}
625 \label{loadtext}
626 \end{center}
627 \end{figure}
628
629
630 \subsection{From a Public Database}
631 \label{fetchseq}
632 Jalview can retrieve sequences and sequence alignments from the public databases
633 housed at the European Bioinformatics Institute, including Uniprot, Pfam, Rfam
634 and the PDB, as well as any DAS sequence server registered at the configured DAS
635 registry. Jalview's sequence fetching capabilities allow you to avoid having to
636 manually locate and save sequences from a web page before loading them into
637 Jalview. It also allows Jalview to gather additional metadata provided by the
638 source, such as annotation and database cross-references.
639 Select {\sl File $\Rightarrow$ Fetch Sequence(s) \ldots} from the main menu and
640 a window will appear (Figure \ref{loadseq}). Pressing the database selection
641 button in the dialog box opens a new window showing all the database sources
642 Jalview can access (grouped by the type of database). Once you've selected the
643 appropriate database, hit OK close the database selection window, and then enter
644 one or several database IDs or accession numbers separated by a semicolon and
645 press OK. Jalview will then attempt to retrieve them from the chosen database.
646 Example queries are provided for some databases to test that a source is
647 operational, and can also be used as a guide for the type of accession numbers
648 understood by the source.\footnote{Most DAS sources support {\em range queries}
649 that can be used to download just a particular range from a sequence database
650 record.}
651 % [fig 9]
652 \begin{figure}[htbp]
653 \begin{center}
654 \includegraphics[width=5in]{images/fetchseq.pdf}
655 \caption{{\bf Retrieving sequences from a public database.}}
656 \label{loadseq}
657 \end{center}
658 \end{figure}
659   
660
661 \exercise{Loading Sequences}{
662 \label{load}
663 \exstep{Use {\sl Window $\Rightarrow$ Close All} from the Desktop window menu to
664 close all windows.}
665 \exstep{{\bf Loading sequences from URL:} Selecting File {\sl $\Rightarrow$
666 Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} from the Desktop and enter \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa} in the box.
667
668 Click OK to load the alignment.}
669 \exstep{{\bf Loading sequences from a file:} Close all windows using the
670 {\sl Window $\Rightarrow$ Close All} menu option from the Desktop.
671 Then type the same URL (\url{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}) into
672 your web browser and {\bf save} the file to your desktop.
673 Open the file you have just saved in Jalview by selecting {\sl File
674 $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From File} from the desktop menu and
675 selecting this file.
676 Click OK to load the alignment.}
677 \exstep{{\bf Loading sequences by `Drag and Drop' / `Cut and Paste':}
678
679 (i) Select {\sl Desktop $\Rightarrow$ Window
680 $\Rightarrow$ Close All}. Then drag the alignment.fa file from the desktop and
681 drop it onto the Jalview window, the alignment should open.
682
683 Test the differences
684 between (a) dragging the sequence onto the empty Jalview desktop  and (b)
685 dragging the sequence onto an existing alignment window.
686
687 (ii) Open \url{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa} in a
688 web browser. Drag the URL directly from browser window onto Jalview.
689
690 (If the URL is downloaded instead of opened in the browser, then
691 locate the file in your download directory and open it in a text editor.)
692
693 (iii) Open the alignment.fa file using text editor. Copy the sequence text from the
694 file into the clipboard and paste it into the desktop
695 background by right-clicking and selecting Paste to new alignment option.
696
697 (iv) In the text editor, copy the sequence text from
698 alignment.fa  into the clipboard (usually {\sl via} the browser's {\sl Edit
699 $\Rightarrow$ Copy} menu option). In the Desktop menu, select {\sl File
700 $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From Textbox}.
701 Paste the clipboard into the large window using the {\sl Edit $\Rightarrow$
702 Paste} text box menu option. Click {\sl New Window} and the alignment will be
703 loaded.}
704 \exstep{{\bf Loading sequences from Public Database:} Select {\sl File
705 $\Rightarrow$ Fetch Sequence(s)...} from the Desktop to open up new window
706 called New Sequence Fetcher.
707 Press database selection button at the top of the dialog box, this opens
708 another window called Select Database Retrieval Source showing all the database
709 sources.
710
711 Select the {\bf PFAM seed} database and click ok, then enter the accession
712 number {\bf PF03460} and click OK. An alignment of about 174 sequences should
713 load, these can be viewed using the Overview window accessible from {\sl View
714 $\Rightarrow$ Overview Window.}.
715
716 Several database IDs
717 or accession numbers can be loaded by using semicolons to separate them.}
718 {\bf Help loading sequences is available in videos on the Getting Started page
719 of the Jalview website at \url{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}.}
720 }
721
722 \subsection{Memory Limits}
723 \label{memorylimits}
724 Jalview is a Java program. One unfortunate implication of this is that Jalview
725 cannot dynamically request additional memory from the operating system. It is
726 important, therefore, that you ensure that you have allocated enough memory to
727 work with your data. On most occasions, Jalview will warn you when you have
728 tried to load an alignment that is too big to fit in to memory (for instance,
729 some of the PFAM alignments are {\bf very} large). You can find out how much
730 memory is available to Jalview with the desktop window's {\sl $\Rightarrow$
731 Tools $\Rightarrow$ Show Memory Usage} function, which enables the display of
732 the currently available memory at the bottom left hand side of the Desktop
733 window's background. Should you need to increase the amount of memory available
734 to Jalview, full instructions are given in the built in documentation (opened by
735 selecting {\sl Help $\Rightarrow$ Documentation}) and on the JVM memory
736 parameters page (\url{http://www.jalview.org/jvmmemoryparams.html}).
737
738
739 \section{Writing Sequence Alignments}
740 \label{savingalignments} \subsection{Saving the Alignment} Jalview allows the
741 current sequence alignments to be saved to file so they can be restored at a
742 later date, passed to colleagues or analysed in other programs. From the
743 alignment window menu select {\sl File $\Rightarrow$ Save As} and a dialog box
744 will appear (Figure \ref{savealign}). You can navigate to an appropriate
745 directory in which to save the alignment. Jalview will remember the last filename
746 and format used to save (or load) the alignment, enabling you to quickly save
747 the file during or after editing by using the {\sl File $\Rightarrow$ Save} entry.
748
749 Jalview offers several different formats in which an alignment can be saved. The
750 jalview format (.jar) is the only format which will preserve the colours,
751 groupings and other additional information in the alignment. The other formats
752 produce text files containing just the sequences with no visualization information, although some
753 allow limited annotation and sequence features to be stored (e.g. AMSA).
754 Unfortunately only Jalview program can read Jalview files. The {\sl File
755 $\Rightarrow$ Output To Textbox} menu option allows the alignment to be copied and pasted into
756 other documents or web servers.
757
758 %[fig 10]
759 \begin{figure}[htbp]
760 \begin{center}
761 \parbox[c]{1.0in}{
762 \includegraphics[width=1.0in]{images/saveas.pdf}
763 }
764 \parbox[c]{4in}{
765 \includegraphics[width=4in]{images/saveas2.pdf}
766 }
767 \caption{{\bf Saving alignments in Jalview to disk.}}
768 \label{savealign}
769 \end{center}
770 \end{figure}
771
772 \subsection{Jalview Projects}
773 \parbox[c]{4in}{If you wish to save a complete Jalview session rather than
774 just a single alignment (e.g. because you have calculated trees or multiple
775 different alignments) then save your work as a Jalview Project
776 file (.jvp).\footnote{Tip: Ensure that you have allocated plenty of memory to
777 Jalview when working with large alignments in Jalview projects. See Section \protect
778 \ref{memorylimits} above for how to do this.}
779 From the main menu select {\sl File $\Rightarrow$ Save Project} and a file save
780 dialog box will appear. Loading a project will restore Jalview to exactly the
781 view at which the file was saved, complete with all alignments, trees,
782 annotation and displayed structures rendered appropriately.
783 } \parbox[c]{2in}{ \centerline {
784 \includegraphics[width=1.5in]{images/saveproj.pdf} }}
785
786 \exercise{Saving Alignments}{
787 \label{save}
788 \exstep{Launch Jalview, or use close all windows.
789 Load the ferredoxin
790 alignment from PFAM (seed) data base using the PFAM seed accession number
791 PF03460 (see Exercise \ref{load}). } \exstep{
792
793 Select {\sl File $\Rightarrow$ Save As} from the alignment window menu. Choose a
794 location into which to save the alignment and select your preferred format. All
795 formats except {\sl  Jalview } jvp can be viewed in a normal text editor (e.g.
796 Notepad) or in a web browser.
797 Enter a file name and click {\sl Save}.
798
799 Check this file by closing all windows and opening it with Jalview, or by
800 browsing to it with your web browser.}
801 \exstep{ Repeat the previous step saving the files in different file formats.}
802 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Output to Textbox $\Rightarrow$ FASTA}.
803 Select and copy this alignment to the clipboard using the textbox menu options
804 {\sl Edit $\Rightarrow$ Select All} followed by {\sl Edit $\Rightarrow$ Copy}.
805 The alignment can then be pasted into any application of choice, e.g. a word processor or web form.
806 }
807 \exstep{Ensure at least one alignment window is active in Jalview. Open the
808 overview window {\sl View $\Rightarrow$ Overview Window}
809  and scroll red box to any part of the alignment.
810 Select {\sl File
811 $\Rightarrow$ Save Project} from the main menu and save the project in a
812 suitable folder.
813
814 Close all windows and then load the project {\sl via} the {\sl File
815 $\Rightarrow$ Load Project} menu option. Observe how all the windows and
816 positions are exactly as they were when they were saved. } 
817 {\bf Help saving sequences is available in videos on the Getting Started page
818 of the Jalview website at \url{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}.}}
819
820
821 \section{Selecting and Editing Sequences}
822 \label{selectingandediting} 
823 Jalview makes extensive use of selections - most of the commands available from
824 its menus operate on the {\sl currently selected region} of the alignment, either to
825 change their appearance or perform some kind of analysis. This section
826 illustrates how to make and use selections and groups.
827
828 \subsection{Selecting Parts of an Alignment}
829 Selections can be of arbitrary regions in an alignment, one or more complete columns, or one or more complete sequences.
830  
831 A selected region can be copied and pasted as a new alignment using the {\sl Edit $\Rightarrow$ Copy} and {\sl Edit $\Rightarrow$ Paste $\Rightarrow$ To New Alignment}  in the alignment window menu options.
832
833 {\bf To clear (unselect)  the selection press the [ESC] (escape) key.}
834
835 \subsubsection{Selecting Arbitrary Regions}
836 To select part of an alignment, place the mouse at the top left corner of the region you wish to select. Press and hold the mouse button and drag the mouse to the bottom right corner of the chosen region then release the mouse button. A dashed red box appears around the selected region (Figure \ref{select}). 
837 %[fig 12]
838
839 \begin{figure}[htbp]
840 \begin{center}
841 \includegraphics[width=4in]{images/select1.pdf}
842 \caption{{\bf Selecting a region in an alignment.}}
843 \label{select}
844 \end{center}
845 \end{figure}
846
847 \subsubsection{Selecting Columns}
848 To select the same residues in all sequences, click and drag along the alignment ruler.
849 This selects the entire column of the alignment. Ranges of positions from the
850 alignment ruler can also be selected by clicking on the first position and then
851 holding down the [SHIFT] key whilst clicking the other end of the selection.
852 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}).
853 %[fig 13]
854
855 \begin{figure}[htbp]
856 \begin{center}
857 \includegraphics[width=4in]{images/select2.pdf}
858 \caption{{\bf Selecting multiple columns in an alignment.} The red highlighting
859 on the alignment ruler marks the selected columns. Note that only the most
860 recently selected column has a dashed-box around it to indicate a region
861 selection. }
862 \label{selectcols}
863 \end{center}
864 \end{figure}
865
866 \subsubsection{Selecting Sequences}
867
868 \begin{figure}[htb]
869 \begin{center}
870 \includegraphics[width=4in]{images/select3.pdf}
871 \caption{{\bf Selecting multiple sequences in an alignment.} Use [CTRL] or [SHIFT] to select many sequences at once.}
872 \label{selectrows}
873 \end{center}
874 \end{figure}
875
876 To select multiple complete sequences, click and drag the mouse down the
877 sequence ID panel. The same techniques as used for columns (above) can be used
878 with [SHIFT]-Click for continuous and [CTRL]-Click to select discontinuous
879 ranges of sequences (Figure \ref{selectrows}).
880 %[fig 14]
881
882 \subsubsection{Making Selections in Cursor Mode}
883
884 To define a selection in cursor mode (which is enabled by pressing [F2] when the alignment window is selected),
885 navigate to the top left corner of the proposed selection (using the mouse, the arrow keys, or the keystroke
886 commands described in Section \ref{cursormode}). Pressing the [Q] key marks this as the
887 corner. A red outline appears around the cursor (Figure \ref{cselect}).
888
889 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.
890
891 \begin{figure}[htbp]
892 \begin{center}
893 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel1.pdf}
894 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel2.pdf}
895 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel3.pdf}
896 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel4.pdf}
897 \caption{{\bf Making a selection in cursor mode.} Navigate to the top left
898 corner (left), press [Q] (left center), navigate to the bottom right corner (right center) and press [M] (right).}
899 \label{cselect}
900 \end{center}
901 \end{figure}
902
903 \subsubsection{Inverting the Current Selection}
904
905 The current sequence or column selection can be inverted, using  {\sl Select
906 $\Rightarrow$ Invert Sequence/Column Selection} in the alignment window.
907 Inverting the selection is useful when selecting large regions in an alignment, 
908 simply select the region that is to be kept unselected, and then invert the selection.
909 This may also be useful when hiding large regions in an alignment (see Section \ref{hidingregions} below).
910 Instead of selecting the columns and rows that are to be hidden, simply select the region that is to be kept
911 visible, invert the selection, then select {\sl View $\Rightarrow$ Hide
912 $\Rightarrow$ Selected Region}.
913
914 \subsection{Creating Groups}
915 Selections are lost as soon as a different region is selected. Groups can be
916 created which are labeled regions of the alignment. To create a group, first
917 select the region which is to comprise the group. Then click the right mouse
918 button on the selection to bring up a context menu. Select {\sl Selection
919 $\Rightarrow$ Group $\Rightarrow$ Edit name and description of
920 current group}\footnote{In earlier versions of Jalview, this entry was variously
921 `Group', `Edit Group Name', or `JGroupXXXXX' (Where XXXXX was some serial
922 number).} then enter a name for the group in the dialogue box which appears.
923
924 \begin{figure}
925 \begin{center}
926 \includegraphics[width=3in]{images/group1.pdf}
927 \includegraphics[width=1.5in]{images/newgroup.pdf}
928 \caption{{\bf Creating a new group from a selection.}}
929 \label{makegroup}
930 \end{center}
931 \end{figure}
932
933 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.
934
935 \subsection{Exporting the Current Selection}
936
937 The current selection can be copied to the clipboard (in PFAM format). It can
938 also be output to a textbox using the output functions in the pop-up menu
939 obtained by right clicking the current selection. The textbox enables quick
940 manual editing of the alignment prior to importing it into a new window (using
941 the [New Window] button) or saving to a file with the {\sl File $\Rightarrow$
942 Save As } pulldown menu option from the text box.
943
944
945 \exercise{Making Selections and Groups}{
946 \label{exselect}
947 \exstep{Close windows.
948 Load the ferredoxin alignment (PF03460 from PFAM seed database).
949 Choose a residue and  place the mouse
950 cursor on it (Residue information will show in alignment window status
951 bar)
952 Click and drag the mouse to create a selection. As you drag, a red box
953 will `rubber band' out to 
954 show the extent of the selection.
955 Release the mouse
956 button and a red box borders the selected region.
957 Press [ESC] to clear this.}
958 \exstep{ Select one sequence by clicking on
959 the sequence ID panel. Note that the sequence ID takes on a highlighted
960 background and a red box appears around the selected sequence. 
961 Hold down [SHIFT] and click another sequence ID a few positions above or below. 
962 Note how the selection expands to include all the sequences between the two positions on which you clicked.
963 Hold down [CTRL] and then click on several sequences ID's both selected and
964 unselected. Note how unselected IDs are individually added to the selection and previously selected IDs are 
965 individually deselected.}
966 \exstep{ Select column by clicking on the Alignment Ruler. Note whole
967 column is highlighted with a red box.
968 Hold down [SHIFT] and click column beyond. Note the selection expands to include
969 all the sequences between the two positions on which you clicked.}
970
971 \exstep{ To selecting arbitrary regions in alignment, place the mouse at the top
972 left corner of the region you wish to select. Press and hold the mouse button. 
973 Drag the mouse to the bottom right corner of the chosen region and release the
974 mouse button and a dashed red box appears around the selected region}
975 \exstep{Enter Cursor mode using [F2] (or [Fn]-F2 for Macs).
976 Navigate to column 59, row 1 by pressing {\bf 5 9 , 1 [RETURN]}.
977 Press {\bf Q} to mark this position.
978 Navigate to column 65, row 8 by pressing {\bf 6 5 , 8 [RETURN]}. Press {\bf M}
979 to complete the selection. Note to clear the selection press the {\bf[ESC]}
980 key.}
981 \exstep{To create a {\bf group} from the selected the region, click the
982 right mouse button when mouse is on the selection, this opens a
983 pop-up menu in the alignment window.
984
985 Open the {\sl Selection $\Rightarrow$ Edit New Group $\Rightarrow$ Group Colour
986 } menu and select `Percentage Identity'.
987 This will turn the selected region into a group and colour it accordingly.}
988 \exstep{Hold down [CTRL] and use the mouse to select and deselect sequences in
989 the alignment by clicking on their Sequence ID label. Note how the group expands
990 to include newly selected sequences, and the `Percentage Identity' colouring changes. }
991 \exstep{ Another way to resize the group is by using the mouse to click and drag
992 the right-hand edge of the selected group.}
993
994 \exstep{The current selection can be {\bf exported} and saved by right clicking
995 on the text area to open the Sequence ID pop-up menu. Follow the menus and pick an
996 output format (eg BLC) from the {\sl Selection $\Rightarrow$ Output to Textbox
997 \ldots} submenu.
998 }
999 \exstep{In the alignment output window, try manually editing the alignment,
1000 importing group into a new alignment window by clicking the [New Window] button to import the
1001 file into a new alignment window.}
1002 {\bf Additional help is available from videos on the Jalview website at \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
1003 % more? change colouring style. set border colour.
1004 }
1005
1006 \subsection{Reordering the Alignment}
1007 Sequence reordering is simple. Highlight the sequences to be moved then press the up or down arrow keys as appropriate (Figure \ref{reorder}). If you wish to move a sequence up past several other sequences it is often quicker to select the group past which you want to move it and then move the group rather than the individual sequence.
1008
1009 \begin{figure}[htbp]
1010 \begin{center}
1011 \includegraphics[width=3in]{images/move1.pdf}
1012 \includegraphics[width=3in]{images/move2.pdf}
1013 \caption{{\bf Reordering the alignment.} The selected sequence moves up one
1014 position on pressing the $\uparrow$ key.}
1015 \label{reorder}
1016 \end{center}
1017 \end{figure}
1018
1019 \exercise{Reordering the Alignment}{
1020 \exstep{Close all windows in Jalview from desktop. Load the ferredoxin alignment (e.g.the
1021 PFAM domain PF03460 from PFAM seed).
1022 Select one of the sequence in the sequence ID panel, use the up and down
1023 arrow keys to alter the sequence's position in the alignment. (Note that
1024 this will not work in cursor mode)}
1025 \exstep{To select and move multiple
1026 sequences, use hold [SHIFT] and [CTRL], and select two sequences separated by
1027 one or more un-selected sequences. Note how multiple sequences are grouped
1028 together when they are re-ordered using the up and down arrow keys.}
1029 {\bf Additional help is available from videos on the Jalview website
1030 at \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}}
1031
1032
1033 \subsection{Hiding Regions}
1034 \label{hidingregions}
1035 It is sometimes convenient to exclude some sequences or residues in the alignment without actually deleting them. Jalview allows sequences or alignment columns within a view to be hidden, and this facility has been used to create the several different views in the example alignment file that is loaded when Jalview is first started (See Figure \ref{startpage}).
1036
1037 To hide a set of sequences, select them and right-click the mouse on the
1038 selected sequence IDs to bring up the context pop-up menu. Select {\sl Hide
1039 Sequences} and the sequences will be concealed, with a small blue triangle indicating their position (Figure \ref{hideseq}). To unhide (reveal) the sequences, right click on the triangle and select {\sl Reveal Sequences} from the context menu.
1040
1041
1042  \begin{figure}[htbp]
1043 \begin{center}
1044 \includegraphics[width=1.5in]{images/hide1.pdf}
1045 \includegraphics[width=2.5in]{images/hide2.pdf}
1046 \includegraphics[width=1.75in]{images/hide3.pdf}
1047 \caption{{\bf Hiding Sequences} Hidden sequences are represented by a small blue
1048 triangle in the sequence ID panel.}
1049 \label{hideseq}
1050 \end{center}
1051 \end{figure}
1052
1053 A similar mechanism applies to columns (Figure \ref{hidecol}). Selected columns
1054 (indicated by a red marker) can be hidden and revealed in the same way {\sl via}
1055 the context pop-up menu by right clicking on the ruler bar. The hidden column
1056 selection is indicated by a small blue triangle in the ruler bar.
1057
1058  \begin{figure}[htbp]
1059 \begin{center}
1060 \includegraphics[width=2in]{images/hide4.pdf}
1061 \includegraphics[width=3in]{images/hide5.pdf}
1062 \includegraphics[width=1in]{images/hide6.pdf}
1063 \caption{{\bf Hiding Columns} Hidden columns are represented by a small blue
1064 triangle in the ruler bar.}
1065 \label{hidecol}
1066 \end{center}
1067 \end{figure}
1068
1069 It is often easier to select the region that you intend to work with, rather
1070 than the regions that you want to hide. In this case, select the required region and use the {\sl View $\Rightarrow$ Hide
1071 $\Rightarrow$ All but Selected Region } menu entry, or press [Shift]+[Ctrl]+H
1072 to hide the unselected region.
1073
1074 \subsubsection{Representing a Group with a Single Sequence}
1075
1076 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. 
1077
1078 \exercise{Hiding and Revealing Regions}{
1079 \exstep{Close all windows, open the PFAM accession PF03460. Select a
1080 contiguous set of sequences by clicking and dragging on the sequence ID panel.
1081 Right click on the selected sequence IDs to bring up the sequence ID pop-up
1082 menu, select {\sl Hide Sequences}.
1083 }
1084 \exstep{
1085 Right click on the blue triangle indicating hidden sequences and select {\sl
1086 Reveal Sequences} in the panel. (If you have hidden all sequences then you will
1087 need to use the alignment window menu option {\sl View $\Rightarrow$ Show $\Rightarrow$ All Sequences.}) }
1088 \exstep{
1089 Repeat the process but use a non-contiguous set of sequences. Note that when
1090 multiple regions are hidden there are two options, {\sl Reveal Sequences} and {\sl Reveal All}.
1091 }
1092 \exstep{Repeat the above using columns to hide and reveal columns
1093 instead of sequences.
1094 }
1095 \exstep{Select a region of the alignment, then add in some additional columns to
1096 the selection, and experiment with the `Hide all but selected region' function
1097 in {\sl View $\Rightarrow$ Hide $\Rightarrow$ All but selected region.}}
1098 \exstep{Select some sequences and pick one to represent the rest by hovering
1099 the mouse over this sequence. Bring up the Sequence ID pop-up menu by right
1100 clicking and then select {\sl (Sequence ID name) $\Rightarrow$ Represent group
1101 with (Sequence ID name )}. To reveal these hidden sequences, right click on the
1102 Sequence ID and in the pop-up menu select Reveal All.}
1103 {\bf Additional help is available from videos on the Jalview
1104 website at \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}}}
1105
1106
1107 \begin{figure}[htb]
1108 \begin{center}
1109 \includegraphics[width=3in]{images/edit1.pdf}
1110 \includegraphics[width=3in]{images/edit2.pdf}
1111 \caption{{\bf Introducing gaps in a single sequence.} Gaps are introduced as the
1112 selected sequence is dragged to the right while pressing and holding [SHIFT].}
1113 \label{gapseq}
1114 \end{center}
1115 \end{figure}
1116
1117 \begin{figure}[htb]
1118 \begin{center}
1119 \includegraphics[width=3in]{images/edit3.pdf}
1120 \includegraphics[width=3in]{images/edit4.pdf}
1121 \caption{{\bf Introducing gaps in a group.} Gaps are introduced as the selected
1122 group is dragged to the right with [CTRL] pressed.}
1123 \label{gapgroup}
1124 \end{center}
1125 \end{figure}
1126
1127
1128
1129
1130 \subsection{Introducing and Removing Gaps}
1131
1132 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).
1133
1134 \subsubsection{Locked Editing}
1135 \label{lockededits}
1136 The Jalview alignment editing model is different to that used in other alignment
1137 editors. Because edits are restricted to the insertion and deletion of gaps to the left of a particular sequence position, 
1138 editing has the effect of shifting the rest of the sequence(s) being edited down or up-stream with respect to the rest of 
1139 alignment. The {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps} option can be enabled to eliminate `ragged edges' at the end of the alignment, 
1140 but does not avoid the `knock-on' effect which is sometimes undesirable. 
1141 However, its effect can be limited by performing the edit within a selected region. 
1142 In this case, gaps will only be removed or inserted within the selected region. 
1143 Edits are similarly constrained when they occur adjacent to a hidden column.
1144
1145 \subsubsection{Introducing Gaps in a Single Sequence}
1146
1147 To introduce a gap, first select the sequence in the sequence ID panel and
1148 then place the cursor on the residue to the immediate right of where the gap
1149 should appear. Hold down the SHIFT key and the left mouse button, then drag the sequence to the right until the required number of gaps has been inserted.
1150
1151 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.
1152
1153 \subsubsection{Introducing Gaps in all Sequences of a Group}
1154
1155 To insert gaps in all sequences in a selection or group, select the
1156 required sequences in the sequence ID panel and then place the mouse cursor on
1157 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.
1158
1159 Gaps can be removed by dragging the residue to the immediate right of the gap
1160 leftwards whilst holding down [SHIFT] (for single sequences) or [CTRL] (for a group of sequences).
1161 \subsubsection{Sliding Sequences}
1162
1163 Pressing the [$\leftarrow$] or [$\rightarrow$] arrow keys when one or more
1164 sequences are selected will ``slide'' the entire selected sequences to the left
1165 or right (respectively). Slides occur regardless of the region selection -
1166 which, for example, allows you to easily reposition misaligned subfamilies
1167 within a larger alignment.
1168
1169 \subsubsection{Undoing Edits}
1170 Jalview supports the undoing of edits {\sl via} the {\sl Edit $\Rightarrow$ Undo Edit}
1171 alignment window menu option, or CTRL-Z. An edit, if undone, may be re-applied
1172 with {\sl Edit $\Rightarrow$ Redo Edit}, or CTRL-Y. Note, however, that the
1173 {\sl Undo} function only works for edits to the alignment or sequence ordering.
1174 Colouring of the alignment, showing and hiding of sequences or modification of
1175 annotation cannot be undone.
1176
1177
1178 % % better idea to introduce hiding sequences, and use the invert selection, hide
1179 % others, to simplify manual alignment construction
1180 \exercise{Editing Alignments}{
1181 \label{mousealedit}
1182 % TODO: VERIFY FOR 2.6.1 and 2.7 - NUMBERING/INSTRUCTIONS APPEAR OFF
1183 {You are going to manually reconstruct part of the example Jalview alignment
1184  available at
1185  \href{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}.
1186
1187  \item{Remember to use [CTRL]+Z to undo an edit, or the {\sl File $\Rightarrow$
1188  Reload } function to revert the alignment back to the original version if you
1189  want to start again.}
1190  \item{ If you are using OSX, and a key combination - such as [CTRL]+A - does
1191  not work, then try pressing the [CMD] key instead of [CTRL].
1192  }
1193
1194 \exstep{ Load the URL
1195 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa} which contains part of the
1196 ferredoxin alignment from PF03460.
1197 }
1198
1199 \exstep{ Select the first 7 sequences, and press H to hide them (or right click
1200 on the sequence IDs to open the sequence ID pop-up menu, and select {\sl Hide
1201 Sequences}). }
1202
1203 \exstep{ Select FER3\_RAPSA and FER\_BRANA. Slide the sequences to
1204 the right so the initial {\bf A} lies at column 57 using the $\Rightarrow$ key.}
1205
1206 \exstep{ Select FER1\_SPIOL, FER1\_ARATH, FER2\_ARATH, Q93Z60\_ARATH and
1207 O80429\_MAIZE
1208
1209 (Hint: you can do this by pressing [CTRL]-I to invert the sequence selection and then
1210 deselect FER1\_MAIZE), and use the $\Rightarrow$ key to slide them to so they
1211 begin at column 5 of the alignment view.} 
1212
1213 \exstep{ Select all the visible
1214 sequences (those not hidden) in the block by pressing [CTRL]-A.
1215
1216 Insert a single
1217 gap in all selected sequences at column 38 of the alignment by holding [CTRL]
1218 and clicking on the R at column 38 in the FER1\_SPIOL, then drag one
1219 column to right.
1220 Insert another gap at column 47 in all sequences in the same way.}
1221
1222 \exstep{ Correct the ferredoxin domain alignment for FER1\_SPIOL by
1223 inserting two additional gaps after the gap at column 47: First press [ESC] to
1224 clear the selection, then hold [SHIFT] and click and drag on the G and move it
1225 two columns to the right.}
1226
1227 \exstep{ Now complete the
1228 alignment of FER1\_SPIOL with a {\bf locked edit} by pressing [ESC] and select
1229 columns 47 to 57 of the FER1\_SPIOL row. Move the mouse onto the G at column 50,
1230 hold [SHIFT] and drag the G in column 47 of FER1\_SPIOL to the left by one
1231 column to insert a gap at column 57.}
1232
1233 \exstep{ In the next two steps you will complete the alignment of the last two sequences.
1234
1235 Select the last two sequences (FER1\_MAIZE and O80429\_MAIZE), then press [SHIFT]
1236 and click and drag the initial methionine of O80429\_MAIZE 5 columns to the right
1237 so it lies at column 10.
1238
1239 Keep holding [SHIFT] and click and drag to insert
1240 another gap at the proline at column 25 (25C in cursor mode). Remove the gap at
1241 column 44, and insert 4 gaps at column 47 (after AAPM).}
1242
1243 \exstep{ Hold [SHIFT] and drag the I at column 39 of FER1\_MAIZE 2 columns to the
1244 right. Remove the gap at FER1\_MAIZE column 49 by [SHIFT]+click and drag left by
1245 one column. Press [ESC] to clear the selection, and then insert three gaps in
1246 FER1\_MAIZE at column 47 by holding [SHIFT] and click and drag the S in FER1\_MAIZE to the right by three columns. Finally,
1247 remove the gap in O80429\_MAIZE at column 56 using [SHIFT]-drag to the left on
1248 56C.}
1249
1250 \exstep{ Use the
1251 {\sl Edit $\Rightarrow$ Undo Edit} and {\sl Edit $\Rightarrow$ Redo Edit} menu
1252 option, or their keyboard shortcuts ([CTRL]+Z and [CTRL]+Y) to step 
1253 backwards and replay the edits you have made.}
1254
1255 }
1256
1257 \subsubsection{Editing in Cursor mode}
1258
1259 Gaps can be easily inserted when in cursor mode (toggled with [F2]) by
1260 pressing [SPACE]. Gaps will be inserted at the cursor, shifting the residue
1261 under the cursor to the right. To insert {\sl n} gaps type {\sl n} and then
1262 press [SPACE]. To insert gaps into all sequences of a group, use [CTRL]-[SPACE]
1263 or [SHIFT]-[SPACE] (both keys held down together).
1264
1265 Gaps can be removed in cursor mode by pressing [BACKSPACE]. First make sure you
1266 have everything unselected by pressing ESC. The gap under the cursor will be
1267 removed. To remove {\sl n} gaps, type {\sl n} and then press [BACKSPACE]. Gaps
1268 will be deleted up to the number specified. To delete gaps from all sequences of
1269 a group, press [CTRL]-[BACKSPACE] or [SHIFT]-[BACKSPACE] (both keys held down
1270 together). Note that the deletion will only occur if the gaps are in the same
1271 columns in all sequences in the selected group, and those columns are to the
1272 right of the selected residue.
1273
1274 \exercise{Keyboard Edits}{ \item{This continues on from exercise
1275 \ref{mousealedit}, and recreates the final part of the example ferredoxin
1276 alignment from the unaligned sequences using Jalview's keyboard editing mode.
1277
1278 {{\bf Note:}} For Mac users, [CTRL]-[SPACE] command
1279 has the same effect as the [SHIFT]-[SPACE] command mentioned in this exercise.
1280
1281 Window users should use [SHIFT]-[SPACE] rather than the [CTRL]-[SPACE] command,
1282 as this command will close the window.}
1283
1284 \exstep{Load the sequence alignment at
1285 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa}, or continue using the
1286 edited alignment from exercise \ref{mousealedit}.  If you continue from the
1287 previous exercise, then first right click on the sequence ID panel and select
1288 {\sl Reveal All}.
1289
1290 Now, enter cursor mode by pressing [F2]}
1291 % TODO: BACKSPACE or DELETE WHEN SEQS ARE SELECTED WILL DELETE ALL SEQS JAL-783
1292 \exstep{Insert 58 gaps at the start of the first sequence (FER\_CAPAA). Press {\sl 58} then {\sl [SPACE]}. }
1293 \exstep{Go down one sequence and select rows 2-5 as a block. Click on the second sequence ID (FER\_CAPAN).
1294  Hold down shift and click on the fifth (FER1\_PEA). }
1295 \exstep{Insert 6 gaps at the start of this group. Go to column 1 row 2 by typing
1296 {\sl 1,2} then press {\sl [RETURN]}. Now insert 6 gaps in all the sequences.
1297 Type {\sl 6} then hold down {\sl [SHIFT]} and press {\sl [SPACE]}.}
1298 \exstep{Now insert one gap at column 34 and another at 38. Insert 3 gaps at 47.
1299 Press {\sl 34C} then {\sl [SHIFT]-[SPACE]}.  Press {\sl 38C} then
1300 [SHIFT]-[SPACE].
1301 Press {\sl 47C} then {\sl 3 [SHIFT-SPACE]} the first through fourth sequences
1302 are now aligned.}
1303 \exstep{The fifth sequence (FER1\_PEA) is poorly aligned. We will delete some gaps and add some new ones. Press {\sl [ESC]} to clear the selection. Navigate to the start of sequence 5 and delete 3 gaps. Press {\sl 1,5 [RETURN]} then {\sl 3 [BACKSPACE]} to delete three gaps. Go to column 31 and delete the gap. Press {\sl 31C [BACKSPACE]} .}
1304 \exstep{ Similarly delete the gap now at column 34, then insert two gaps at column 38. Press {\sl 34C [BACKSPACE]  38C 2 [SPACE]}. Delete three gaps at column 44 and insert one at column 47 by pressing {\sl 44C 3 [BACKSPACE] 47C [SPACE]}.  The top five sequences are now aligned.}
1305 }
1306
1307 \section{Colouring Sequences}
1308 \label{colours}
1309
1310 Colouring sequences is a key aspect of alignment presentation. Jalview allows
1311 you to colour the whole alignment, or just specific groups. Alignment and
1312 group colours are rendered
1313 {\sl below} any other colours, such as those arising from sequence features
1314 (these are described in Section \ref{featannot}). This means that if you
1315 try to apply one of the colourschemes described in this section, and nothing
1316 appears to happen, it may be that you have sequence feature annotation
1317 displayed, and you may have to disable it using the {\sl View $\Rightarrow$
1318 Show Features} option before you can see your colourscheme.
1319
1320 There are two main types of colouring styles: {\bf simple static residue}
1321 colourschemes and {\bf dynamic schemes} which use conservation and consensus
1322 analysis to control colouring. {\bf Hybrid colouring} is also possible, where
1323 static residue schemes are modified using a dynamic scheme. The individual schemes are described in Section \ref{colscheme} below.
1324
1325 \subsection{Colouring the Whole Alignment}
1326
1327 \parbox[c]{3.75in}{The alignment can be coloured {\sl via} the {\sl Colour} menu option in the alignment window. Selecting the colour scheme causes all residues to be coloured. The menu is divided into three sections. The first section gives options for the behaviour of the menu options, the second lists static and dynamic colourschemes available for selection. The last gives options for making hybrid colourschemes using conservation shading or colourscheme thresholding. 
1328
1329 }\parbox[c]{3in}{
1330 \centerline {
1331 \includegraphics[width=2.5in]{images/colour2.pdf}
1332 }
1333 }
1334
1335 \subsection{Colouring a Group or Selection}
1336
1337 Selections or groups can be coloured in two ways. The first is {\sl via} the Alignment Window's {\sl Colour} menu as stated above,
1338  after first ensuring that the {\sl Apply Colour To All Groups} flag is not selected. 
1339  This must be turned {\sl off} specifically as it is {\sl on} by default. 
1340  When unticked, selections from the Colours menu will only change the colour for residues in the current selection, 
1341  or the alignment view's ``background colourscheme'' when no selection exists.
1342
1343 The second method is to select sequences and right click mouse to open pop-up
1344 menu and select {\sl Selection $\Rightarrow$ Edit New Group $\Rightarrow$ Group
1345 Colour} from context menu options
1346 (Figure \ref{colgrp}). This only changes the colour of the current selection or group.
1347
1348 \begin{figure}[htbp]
1349 \begin{center}
1350 %TODO update group_col.pdf to show latest jalview group edit submenu
1351 \includegraphics[width=4in]{images/group_col.pdf}
1352 \caption{{\bf Colouring a group via the context menu.}}
1353 \label{colgrp}
1354 \end{center}
1355 \end{figure}
1356
1357 \subsection{Shading by Conservation}
1358 For many colour schemes, the intensity of the colour in a column can be scaled
1359 by the degree of amino acid property conservation. Selecting {\sl Colour
1360 $\Rightarrow$ By Conservation} enables this mode, and {\sl Modify
1361 Conservation Threshold...} brings up a selection box (the {\sl Conservation
1362 Colour Increment} dialog box) allowing the alignment colouring to be modified.
1363 Selecting a higher value limits colouring to more highly conserved columns (Figure \ref{colcons}).
1364
1365  \begin{figure}[htbp]
1366 \begin{center}
1367 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons1.pdf}
1368 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons3.pdf}
1369 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons5.pdf}
1370 \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.
1371 }
1372 \label{colcons}
1373 \end{center}
1374 \end{figure}
1375
1376 \subsection{Thresholding by Percentage Identity}
1377
1378 `Thresholding' is another hybrid colour model where a residue is only coloured
1379 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).
1380
1381 \subsection{Colouring by Annotation}
1382 \label{colourbyannotation}
1383 \parbox[c]{3.2in}{
1384 Any of the {\bf quantitative} annotations shown on an alignment can be used to
1385 threshold or shade the whole alignment.\footnote{Please remember to turn off
1386 Sequence Feature display to see the shading} 
1387
1388 The {\sl Colour $\Rightarrow$ By
1389 Annotation} option opens a dialog which allows you to select which annotation
1390 to use, the minimum and maximum shading colours or whether the original
1391 colouring should be thresholded (the `Use original colours' option).
1392
1393 Default settings for minimum and maximum colours can be set in the Jalview
1394 Desktop's preferences.  
1395 }\parbox[c]{3in}{
1396 \centerline{\includegraphics[width=2.8in]{images/col_byannot.pdf}}}
1397
1398 The {\bf per Sequence} option in the {\bf Colour By Annotation} dialog
1399 allows each sequence to be shaded according to sequence associated annotation
1400 rows, such as protein disorder scores. This functionality is described further
1401 in Section \ref{protdisorderpred}.
1402
1403 \subsection{Colour Schemes} 
1404
1405 \label{colscheme}
1406 Full details on each colour scheme can be found in the Jalview on-line help. A brief description of each one is provided below:
1407
1408 \subsubsection{ClustalX}
1409
1410
1411  \parbox[c]{3.5in}{This is an emulation of the default colourscheme used for alignments in ClustalX, a graphical interface for the ClustalW multiple sequence alignment program. Each residue in the alignment is assigned a colour if the amino acid profile of the alignment at that position meets some minimum criteria specific for the residue type. }
1412 \parbox[c]{3in}{\includegraphics[width=2.75in]{images/col_clustalx.pdf}}
1413
1414 \subsubsection{Blosum62}
1415
1416 \parbox[c]{3.5in}{Gaps are coloured white. If a residue matches the consensus sequence residue at that position it is coloured dark blue. If it does not match the consensus residue but the Blosum62 matrix gives a positive score, it is coloured light blue.}
1417 \parbox[c]{3in}{
1418 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_blosum62.pdf}
1419 }
1420
1421 \subsubsection{Percentage Identity}
1422 \parbox[c]{3.5in}{
1423 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.
1424 }
1425 \parbox[c]{3in}{
1426 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_percent.pdf}
1427 }
1428
1429 \subsubsection{Zappo}
1430 \parbox[c]{3.5in}{
1431 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.
1432 }
1433 \parbox[c]{3in}{
1434 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_zappo.pdf}
1435 }
1436
1437 \subsubsection{Taylor}
1438
1439 \parbox[c]{3.5in}{
1440 This colour scheme was devised by Willie Taylor and an entertaining description of its origin can be found in Protein Engineering, 
1441 Vol 10 , 743-746 (1997).
1442 }
1443 \parbox[c]{3in}{
1444 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_taylor.pdf}
1445 }
1446
1447 \subsubsection{Hydrophobicity}
1448 \parbox[c]{3.5in}{
1449 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.
1450 }
1451 \parbox[c]{3in}{
1452 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_hydro.pdf}
1453 }
1454
1455 \subsubsection{Helix Propensity}
1456
1457 \parbox[c]{3.5in}{
1458 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.
1459 }
1460 \parbox[c]{3in}{
1461 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_helix.pdf}
1462 }
1463
1464 \subsubsection{Strand Propensity}
1465
1466 \parbox[c]{3.5in}{
1467 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} Strand propensity. The highest propensity is Yellow, the lowest is blue.
1468 }
1469 \parbox[c]{3in}{
1470 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_strand.pdf}
1471 }
1472
1473
1474
1475 \subsubsection{Turn Propensity}
1476 \parbox[c]{3.5in}{
1477 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} turn propensity. The highest propensity is red, the lowest is cyan.
1478 }
1479 \parbox[c]{3in}{
1480 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_turn.pdf}
1481 }
1482
1483 \subsubsection{Buried Index}
1484 \parbox[c]{3.5in}{
1485 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} burial propensity. The highest propensity is blue, the lowest is green.
1486 }
1487 \parbox[c]{3in}{
1488 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_buried.pdf}
1489 }
1490  
1491
1492 \subsubsection{Nucleotide}
1493 \parbox[c]{3.5in}{ Residues are coloured with four colours corresponding to the
1494 four nucleotide bases. All non ACTG residues are uncoloured. See Section
1495 \ref{workingwithnuc} for further information about working with nucleic acid
1496 sequences and alignments.
1497 } \parbox[c]{3in}{ \includegraphics[width=2.75in]{images/col_nuc.pdf} }
1498
1499 \subsubsection{Purine Pyrimidine}
1500 \parbox[c]{3.5in}{ Residues are coloured according to whether the corresponding
1501 nucleotide bases are purine (magenta) or pyrimidine (cyan) based. All non ACTG
1502 residues are uncoloured. For further information about working with nucleic acid
1503 sequences and alignments, see Section \ref{workingwithnuc}.
1504 %and Section \ref{workingwithrna}
1505
1506 } \parbox[c]{3in}{ \includegraphics[width=2.75in]{images/col_purpyr.pdf} }
1507
1508 \subsubsection{RNA Helix Colouring}
1509 \parbox[c]{3.5in}{ Columns are coloured according to their assigned RNA helix as
1510 defined by a secondary structure annotation line on the alignment. Colours for
1511 each helix are randomly assigned, and option only available when an RNA
1512 secondary structure row is present on the alignment. 
1513 % For more details see Section \ref{workingwithrna} 
1514 } \parbox[c]{3in}{
1515 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_rnahelix.pdf} }
1516
1517 \exercise{Colouring Alignments}{ 
1518 \exstep{Ensuring that the {\sl Apply Colour To All Groups} flag is not selected
1519 in View sequence alignment menu.
1520  This must be turned {\sl off} specifically as it is {\sl on} by default.}
1521 \exstep{
1522 Open a sequence alignment, for example the PFAM domain PF03460 in PFAM seed.
1523 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.
1524 }
1525 \exstep{
1526 Colour the alignment using {\sl Colour  $\Rightarrow$ Blosum62}. Select a group
1527 of around 4 similar sequences. Use the context menu (right click on the group)
1528 option {\sl Selection $\Rightarrow$ Edit New Group $\Rightarrow$ Group Colour
1529 $\Rightarrow$ Blosum62} to colour the selection. Notice how some residues which
1530 were not coloured are now coloured. The calculations performed for dynamic
1531 colouring schemes like Blosum62 are based on the group being coloured, not the
1532 whole alignment (this also explains the colouring changes observed in exercise
1533 \ref{exselect} during the group selection step).
1534 }
1535 \exstep{
1536 Keeping the same selection as before, colour the complete alignment except
1537 the group using {\sl Colour  $\Rightarrow$ Taylor}.
1538 Select the menu option  {\sl Colour  $\Rightarrow$ By Conservation}. 
1539 Slide the selector from side to side and observe the changes in the alignment colouring in the selection and in the complete alignment. 
1540 }
1541 }
1542
1543 \subsubsection{User Defined}
1544 This dialogue allows the user to create any number of named colour schemes at will. Any residue may be assigned any colour. The colour scheme can then be named. If you save the colour scheme, this name will appear on the Colour menu (Figure \ref{usercol}).
1545
1546
1547 \begin{figure}[htbp]
1548 \begin{center}
1549 \includegraphics[width=2.5in]{images/col_user1.pdf}
1550 \includegraphics[width=2in]{images/col_user2.pdf}
1551 \includegraphics[width=1.75in]{images/col_user3.pdf}
1552 \caption{{\bf Creation of a user defined colour scheme.} Residue types are assigned colours (left). The profile is saved (center) and can then be accessed {\sl via} the {\sl Colour} menu (right).}
1553 \label{usercol}
1554 \end{center}
1555 \end{figure}
1556
1557
1558 \exercise{User Defined Colour Schemes}{
1559 \exstep{Load a sequence alignment. Select the alignment menu option {\sl Colour $\Rightarrow$ User Defined}. A dialogue window will open.
1560 }
1561 \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.
1562 }
1563 \exstep{ Insert a name for the colourscheme in the appropriate field and click {\sl Save Scheme}. You will be prompted for a file name in which to save the colour scheme. The dialogue window can now be closed.
1564 }
1565 \exstep{
1566 The new colour scheme appears in the list of colour schemes in the {\sl Colour} menu and can be selected in future Jalview sessions.
1567 }
1568 }
1569
1570 \section{Alignment Formatting and Graphics Output}
1571 \label{layoutandoutput}
1572 Jalview is a WYSIWIG alignment editor. This means that for most kinds of graphics output, 
1573 the layout that is seen on screen will be the same as what is outputted in an
1574 exported graphics file.
1575 It is therefore important to pick the right kind of display layout prior to generating figures. 
1576
1577 \subsection{Multiple Alignment Views}
1578
1579 Jalview is able to create multiple independent visualizations of the same underlying alignment - these are called {\sl Views}. Because each view displays the same underlying data, any edits performed in one view will update the alignment or annotation visible in all views.
1580
1581 \parbox[c]{4in}{Alignment views are created using the {\sl View $\Rightarrow$ New View} option of the alignment window or by Pressing [CTRL]-T. This will create a new view with the same groups, alignment layout and display options as the current one. Pressing G will gather together Views as named tabs on the alignment window, and pressing X will expand gathered Views so they can be viewed simultaneously in their own separate windows. To delete a group, press [CTRL]-W.}\parbox[c]{2.75in}{
1582 \begin{center}\centerline{
1583 \includegraphics[width=2.5in]{images/mulv_tabs.pdf}}
1584 \end{center}
1585 }
1586
1587 % JBPNote make an excercise on views ?
1588
1589 \subsection{Alignment Layout}
1590 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).
1591
1592 \subsubsection{Wrapped Alignments}
1593 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. 
1594
1595 If annotations are not all visible in wrapped mode, expand the alignment window to view them. Note that alignment annotation (see Section \ref{featannot}) cannot be interactively created or edited in wrapped mode, and selection of large regions is difficult. 
1596 \begin{figure}[htbp]
1597 \begin{center}
1598 \parbox[c]{2in}{\includegraphics[width=2in]{images/wrap1.pdf}}
1599 \parbox[c]{4in}{\includegraphics[width=4in]{images/wrap2.pdf}}
1600 \caption{{\bf Wrapping the alignment.}}
1601 \label{wrap}
1602 \end{center}
1603 \end{figure}
1604
1605
1606 \subsubsection{Fonts}
1607
1608 \parbox[c]{4in}{The text appearance in a view can be modified {\sl via} the {\sl Format $\Rightarrow$ Font\ldots} alignment window menu. This setting applies for all alignment and annotation text except for that displayed in tool-tips. Additionally, font size and spacing can be adjusted rapidly by clicking the middle mouse button and dragging across the alignment window.}
1609 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=1.75in]{images/font.pdf}}}
1610
1611 \subsubsection{Numbering and Label Justification}
1612 Options in the {\sl Format} menu are provided to control the alignment view, and provide a range of options to control the display of sequence and alignment numbering, the justification of sequence IDs and annotation row column labels on the annotation rows shown below the alignment.
1613
1614 \subsubsection{Alignment and Group Colouring and Appearance}
1615 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.  
1616
1617 \subsubsection{Highlighting Nonconserved Symbols}
1618 The alignment layout and group sub-menu both contain an option to hide
1619 conserved symbols from the alignment display ({\sl Format $\Rightarrow$ Show
1620 nonconserved } in the alignment window or {\sl Selection $\Rightarrow$ Group
1621 $\Rightarrow$ Show Nonconserved} by right clicking on a group). This mode is useful when working with
1622 alignments that exhibit a high degree of homology, because Jalview will only
1623 display gaps or sequence symbols that differ from the consensus for each
1624 column, and render all others with a `.'.
1625 %TODO add a graphic to illustrate this.
1626 \subsection{Annotation Ordering and Display}
1627 % TODO: describe consensus, conservation, quality user preferences, and group
1628 % annotation preferences.
1629 The annotation lines which appear below the sequence alignment are described in
1630 detail in Section \ref{featannot}. They can be hidden by toggling the {\sl View
1631 $\Rightarrow$ Show Annotations} menu option. Additionally, each annotation line
1632 can be hidden and revealed in the same way as sequences {\sl via} the
1633 pop-up context menu on the annotation name panel (Figure \ref{annot}).
1634 Annotations can be reordered by dragging the annotation line label on the annotation label panel. Placing the
1635 mouse over the top annotation label brings up a resize icon on the left. When this is
1636 displayed, Click-dragging up and down provides more space in the alignment window for viewing the annotations, and less space for the sequence alignment.
1637
1638 \begin{figure}
1639 \begin{center}
1640 \includegraphics[width=2.5in]{images/annot1.pdf}
1641 \includegraphics[width=2.5in]{images/annot2.pdf}
1642 \caption{{\bf Hiding Annotations} Annotations can either be hidden from the {\sl
1643 View} menu (left) or individually from the context menu (right).}
1644 \label{annot}
1645 \end{center}
1646 \end{figure}
1647
1648 \exercise{Alignment Layout}{
1649 \label{exscreen}
1650 \exstep{Start Jalview and open the URL \textsf{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}. 
1651 Select {\sl Format $\Rightarrow$ Wrap} from the alignment window menu. 
1652 Experiment with the various options from the {\sl Format} menu, for example adjust the ruler placement, 
1653 sequence ID format and so on. }
1654 \exstep{Hide all the annotation rows by selecting {\sl Annotations $\Rightarrow$
1655 Show Annotations} from the alignment window menu. Reveal the annotations by selecting the same menu option.} \exstep{Deselect {\sl Format $\Rightarrow$ Wrap}. Right click on the
1656 annotation row labels to bring up the pop-up context menu, then select {\sl
1657 Hide This Row}. Bring up the pop-up context menu again and select {\sl
1658 Show All Hidden Rows} to reveal them.}
1659 \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.}
1660 \exstep{Move the mouse to the top left hand corner of the Secondary Structure annotation row label - 
1661 a grey up/down arrow symbol should appear - when this is shown, the height of the {\sl Annotation Area} can be changed 
1662 by clicking and dragging the mouse up or down.}
1663 }
1664
1665 \subsection{Graphical Output}
1666 \label{figuregen}
1667 \parbox[c]{4in}{Jalview allows alignments figures to be exported in three different formats, each of which is suited to a particular purpose. Image export is {\sl via} the {\sl File $\Rightarrow$ Export Image $\Rightarrow$ \ldots } alignment window menu option. }
1668 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=1.25in]{images/image.pdf}}}
1669
1670 \subsubsection{HTML}
1671
1672 \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.}
1673 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_html.pdf}}}
1674
1675 \subsubsection{EPS}
1676 \parbox[c]{3in}{EPS is Encapsulated Postscript. {\bf It is the format of choice
1677 for publications and posters} as it gives the highest quality output of any of
1678 the image types. It can be scaled to any size, so will still look good on an A0
1679 poster.
1680 This format can be read by most good presentation and graphics packages such as Adobe Illustrator or Inkscape.
1681 }
1682 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_eps.pdf}} \par \centerline{Zoom Detail of EPS image.}}
1683
1684 \subsubsection{PNG}
1685 \parbox[c]{3in}{
1686 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.
1687
1688 For submission of alignment figures to journals, please use EPS\footnote{If the journal complains, {\em insist}.}.
1689 }
1690 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_png.pdf}} \par \centerline{Zoom Detail of PNG image.}}
1691  \exercise{Graphical Output}{
1692 \exstep{Load the example Jalview Jar file in Exercise \ref{exscreen}. 
1693 Customise it how you wish but leave it unwrapped. 
1694 Select {\sl File $\Rightarrow$ Export Image $\Rightarrow$ HTML} from the alignment menu. 
1695 Save the file and open it in your favoured web browser.  }
1696 \exstep{Wrap the alignment and export the image to HTML again. Compare the two
1697 images. (Note that the exported image matches the format displayed in the
1698 alignment window but {\bf annotations are not exported}).}
1699 \exstep{Export the alignment using the {\sl File $\Rightarrow$ Export Image $\Rightarrow$ PNG} menu option. 
1700 Open the file in an image viewer that allows zooming such as Paint or Photoshop (Windows), or Preview (Mac OS X) and zoom in. 
1701 Notice that the image is a bitmap and it becomes pixelated very quickly. 
1702 (Note that the {\bf annotation lines are included} in the image.)}
1703 \exstep{Export the alignment using the {\sl File $\Rightarrow$ Export Image
1704 $\Rightarrow$ EPS} menu option. Open the file in a suitable program such as
1705 Photoshop, Illustrator, Inkscape, Ghostview, Powerpoint (Windows), or
1706 Preview (Mac OS X). Zoom in and note that the image has near-infinite
1707 resolution.} }
1708
1709 \chapter{Analysis and Annotation}
1710 \label{analysisannotation}
1711
1712 This chapter describes the annotation, analysis, and visualization tasks that
1713 the Jalview Desktop can perform.
1714
1715 Section \ref{wkwithstructure} introduces the structure visualization
1716 capabilities of Jalview. In Section \ref{alignanalysis}, you will find
1717 descriptions and exercises on building and displaying trees, PCA analysis,
1718 alignment redundancy removal, pairwise alignments and alignment conservation
1719 analysis. Section \ref{jvwebservices} introduces the various web based services
1720 available to Jalview users, and Section \ref{jabaservices} explains how to
1721 configure the Jalview Desktop for access to new JABAWS servers.
1722 Section \ref{msaservices} describes how to use the range of multiple alignment
1723 programs provided by JABAWS, and Section \ref{aacons} introduces JABAWS AACon
1724 service for protein multiple alignment conservation analysis.
1725 Section \ref{protsspredservices} explains how to perform protein secondary
1726 structure predictions with JPred, and JABAWS protein disorder prediction
1727 services are introduced in Section \ref{protdisorderpred}.
1728
1729 Section \ref{featannot} describes the mechanisms provided by Jalview for
1730 interactive creation of sequence and alignment annotation, and how they can be
1731 displayed, imported and exported and used to reorder the alignment. Section
1732 \ref{featuresfromdb} discusses the retrieval of database references and
1733 establishment of sequence coordinate systems for the retrieval and display of
1734 features from databases and DAS annotation services. Section
1735 \ref{workingwithnuc} describes functions and visualization techniques relevant
1736 to working with nucleotide sequences, coding region annotation and nucleotide
1737 sequence alignments.
1738 % and Section \ref{workingwithrna} covers the visualization,
1739 % editing and analysis of RNA secondary structure.
1740
1741 \section{Working with Structures}
1742 \label{wkwithstructure}
1743 Jalview facilitates the use of protein structures for the analysis of alignments
1744 by providing a linked view of structures associated with sequences in
1745 the alignment. The Java based molecular viewing program Jmol\footnote{See the
1746 Jmol homepage \url{http://www.jmol.org} for more information.} has been
1747 incorporated\footnote{Earlier versions of Jalview included MCView - a simple
1748 main chain structure viewer. Structures are visualized as an alpha carbon trace
1749 and can be viewed, rotated and coloured in a structure viewer and the results
1750 interpreted on a sequence alignment.} which enables sophisticated molecular
1751 visualizations to be prepared and investigated alongside an analysis of
1752 associated sequences.
1753 PDB format files can be imported directly or structures can be retrieved from
1754 the European Protein Databank (PDBe) using the Sequence Fetcher (see
1755 \ref{fetchseq}).
1756
1757 \subsection{Automatic Association of PDB Structures with Sequences}
1758 Jalview can automatically determine which structures are associated with a
1759 sequence in a number of ways.
1760 \subsubsection{Discovery of PDB IDs from Sequence Database Cross-references}
1761 If a sequence has an ID from a public database that contains cross-references to
1762 the PDB, such as Uniprot. Right-click on any sequence ID and select {\sl Structure $\Rightarrow$
1763 Associate Structure with Sequence $\Rightarrow$ Discover PDB IDs } from the context menu (Figure \ref{auto}). Jalview will attempt to associate the
1764 sequence with a Uniprot sequence and from there discover any associated PDB
1765 structures. This takes a few seconds and applies to all sequences in the
1766 alignment which have valid Uniprot IDs. On moving the cursor over the sequence
1767 ID the tool tip\footnote{Tip: The sequence ID tooltip can often become large for
1768 heavily cross referenced sequence IDs. Use the {\sl View $\Rightarrow$ Sequence
1769 ID Tooltip $\Rightarrow$ } submenu to disable the display of database cross
1770 references or non-positional features. } now shows the Uniprot ID and any
1771 associated PDB structures.
1772
1773 \begin{figure}[htbp]
1774 \begin{center}
1775 %TODO fix formatting
1776 \parbox{1.5in}{
1777 {\centering 
1778 \begin{center}
1779 \includegraphics[width=1.5in]{images/auto1.pdf}
1780 \end{center}}
1781 } \parbox{3.25in}{
1782 {\centering 
1783 \begin{center}
1784 \includegraphics[scale=0.5]{images/auto2.pdf}
1785 \end{center}
1786 }
1787 } \parbox{1.5in}{
1788 {\centering 
1789 \begin{center} 
1790 \includegraphics[width=1.5in]{images/auto3.pdf}
1791 \end{center}
1792 }
1793 }
1794
1795 \caption{{\bf Automatic PDB ID discovery.} The tooltip (left) indicates that no PDB structure has been associated with the sequence. 
1796 After PDB ID discovery (center) the tool tip now indicates the Uniprot ID and
1797 any associated PDB structures (right).}
1798 \label{auto}
1799 \end{center}
1800 \end{figure}
1801
1802 \subsubsection{Drag-and-Drop Association of PDB Files with Sequences by Filename
1803 Match}
1804 \label{multipdbfileassoc}
1805 If one or more PDB files stored on your computer are dragged from their location
1806 on the file browser onto an alignment window, Jalview will search the alignment
1807 for sequences with IDs that match any of the files dropped onto the alignment.
1808 If it discovers matches, a dialog like the one in Figure
1809 \ref{multipdbfileassocfig} is shown, giving the option of creating associations
1810 for the matches.
1811
1812 If no associations are made, then sequences extracted
1813 from the structure will be simply added to the alignment. However, if only
1814 some of the PDB files are associated, Jalview will raise another dialog box
1815 giving you the option to add any remaining sequences from the PDB structure files not present in
1816 the alignment. This allows you to easily decorate sequences in a newly imported
1817 alignment with any corresponding structures you've already collected in a directory
1818 accessible from your computer.\footnote{We plan to extend this facility in
1819 future so Jalview will automatically search for PDB files matching your
1820 sequence within a local directory. Check out 
1821 \href{http://issues.jalview.org/browse/JAL-801}{Jalview issue 801}}
1822
1823 % there is no mention of the other footnote (#3) that appears saying: Tip: The sequence ID tooltip can often become large for heavily cross-referenced sequence IDs. Use the ...
1824 % JBP: yes there is - under 'Discovery of ' subsection.
1825 \begin{figure}[htbp]
1826 \begin{center}
1827 \includegraphics[]{images/pdbdragdropassoc.pdf}
1828
1829 \caption{{\bf Associating PDB files with sequences by drag-and-drop.} Dragging
1830 PDB files onto an alignment of sequences with names matching the dragged files
1831 names (A), results in a dialog box (B) that gives the option to associate each
1832 file with any sequences with matching IDs. }
1833 \label{multipdbfileassocfig}
1834 \end{center}
1835 \end{figure}
1836
1837
1838 \subsection{Viewing Structures}
1839 \label{viewAllStructures}
1840 The structure viewer can be launched in two ways from the sequence ID context
1841 menu. To view a particular structure associated with a sequence in the
1842 alignment, simply select it from popup menu's associated structures submenu in
1843 {\sl Structure $\Rightarrow$ View Structure $\Rightarrow$ $<$PDB ID$>$}. The
1844 second way is most useful if you want to view all structural data available for
1845 a set of sequences in an alignment. If any of the {\bf currently selected}
1846 sequences have structures associated, the {\sl Structure } submenu of the
1847 sequence ID popup menu will include an option to {\sl View {\bf N}
1848 structures}. Selecting this option will open a new structure view containing
1849 the associated structures superposed according to the alignment.
1850
1851 In both cases, each structure to be displayed will be downloaded or loaded from
1852 the local file system, and shown as a ribbon diagram coloured according to the
1853 associated sequence in the current alignment view (Figure \ref{structure}
1854 (right)). The structure can be rotated by clicking and dragging in the structure
1855 window. The structure can be zoomed using the mouse scroll wheel or by
1856 [SHIFT]-dragging the structure.
1857 Moving the mouse cursor over a sequence to which the structure is linked in the
1858 alignment view highlights the respective residue's sidechain atoms. The
1859 sidechain highlight may be obscured by other parts of the molecule. Similarly,
1860 moving the cursor over the structure shows a tooltip and highlights the
1861 corresponding residue in the alignment. Clicking the alpha carbon or phosphorous
1862 backbone atom will toggle the highlight and residue label on and off. Often, the
1863 position highlighted in the sequence may not be in the visible portion of the
1864 current alignment view and the sliders will scroll automatically to show the
1865 position. If the alignment window's {\sl View $\Rightarrow$ Automatic Scrolling
1866 } option is not selected, however, then the automatic adjustment will be
1867 disabled for the current view.
1868
1869 \begin{figure}[htbp]
1870 \begin{center}
1871 \parbox{3in}{
1872 {\centering 
1873 \begin{center}
1874 \includegraphics[scale=0.5]{images/structure1.pdf}
1875 \end{center}
1876 }
1877 }
1878 \parbox{3.2in}{
1879 {\centering 
1880 \begin{center}
1881 \includegraphics[width=3in]{images/structure2.pdf}
1882 \end{center}
1883 }
1884 }
1885 \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). }
1886 \label{structure}
1887 \end{center}
1888 \end{figure}
1889
1890 \subsection{Customising Structure Display}
1891
1892 Structure display can be modified using the {\sl Colour} and {\sl View} menus
1893 in the structure viewer. The background colour can be modified by selecting the
1894 {\sl Colours $\Rightarrow$ Background Colour\ldots} option.
1895
1896 By default, the structure will be coloured in the same way as the associated
1897 sequence(s) in the alignment view from which it was launched. The structure can
1898 be coloured independently of the sequence by selecting an appropriate colour
1899 scheme from the {\sl Colours} menu. It can be coloured according to the
1900 alignment using the {\sl Colours $\Rightarrow$ By Sequence } option. The image
1901 in the structure viewer can be saved as an EPS or PNG with the {\sl File
1902 $\Rightarrow$ Save As $\Rightarrow$ \ldots} submenu, which also allows the raw
1903 data to be saved as PDB format. The mapping between the structure and the
1904 sequence (How well and which parts of the structure relate to the sequence) can
1905 be viewed with the {\sl File $\Rightarrow$ View Mapping} menu option.
1906
1907 \subsubsection{Using the Jmol Visualization Interface }
1908
1909 Jmol has a comprehensive set of selection and visualization functions that are
1910 accessed from the Jmol popup menu (by right-clicking in the Jmol window or by
1911 clicking the Jmol logo). Molecule colour and rendering style can be manipulated,
1912 and distance measurements and molecular surfaces can be added to the view. It
1913 also has its own ``Rasmol\footnote{See \url{http://www.rasmol.org}}-like'' scripting
1914 language, which is described elsewhere\footnote{Jmol Wiki:
1915 \url{http://wiki.jmol.org/index.php/Scripting}
1916
1917 Jmol Scripting reference:
1918 \url{http://www.stolaf.edu/academics/chemapps/jmol/docs/}}. Jalview utilises the
1919 scripting language to interact with Jmol and to store the state of a Jmol
1920 visualization within Jalview archives, in addition to the PDB data file
1921 originally loaded or retrieved by Jalview. To access the Jmol scripting
1922 environment directly, use the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Console} menu option.
1923
1924 If you would prefer to use Jmol to manage structure colours, then select the
1925 {\sl Colours $\Rightarrow$ Colour with Jmol} option. This will disable any
1926 automatic application of colour schemes when new structure data is added, or
1927 when associated alignment views are modified.
1928
1929
1930 \exercise{Viewing Structures}{\label{viewingstructex}
1931 \exstep{Load the alignment at
1932 \textsf{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}. Right-click on the
1933 sequence ID label of {\sl FER1\_SPIOL}, this brings up
1934 the context menu. Select {\sl FER1\_SPIOL $\Rightarrow$ Structure $\Rightarrow$
1935 Associate Structure with Sequence $\Rightarrow$ Discover
1936 PDB IDs}. Jalview will now attempt to find PDB structures for the sequences in
1937 the alignment. 
1938 % JBP Note: Bug JAL-1238 needs to be fixed ASAP
1939
1940 {\bf Note:} If you are using Jalview v2.8 - use the {\sl Uniprot } source from the {\sl Web services $\Rightarrow$ Fetch DB References $\Rightarrow$ ..} submenu of the Alignment Window to retrieve the PDB IDs. }
1941 \exstep{ Right-click on the sequence ID for {\sl FER1\_SPIOL}.
1942 Select { \sl FER1\_SPIOL $\Rightarrow$ Structure $\Rightarrow$ View Structure
1943 $\Rightarrow$ 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. }
1944 \exstep{Select {\sl Colours $\Rightarrow$ Background Colour\ldots} from the structure viewer menu and choose a suitable colour. Press OK to apply this. Select {\sl File $\Rightarrow$ Save As $\Rightarrow$ PNG} and save the image. View this with a suitable program. }
1945 \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.} 
1946 \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.}
1947
1948 \exstep{Right click on the structure in the submenu and bring up the Jmol
1949 window.
1950 Explore the menu options. Try to change the style of molecular display - by first using the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Select (n) $\Rightarrow$ All} command (where {\sl n} is the number of residues selected), and then the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Style $\Rightarrow$ Scheme $\Rightarrow$ Ball and Stick} command.} \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.
1951
1952 Verify that the Jmol display is as it was when you just saved the file.}
1953 }
1954
1955 \subsection{Superimposing Structures}
1956 \label{superposestructs}
1957 Many comparative biomolecular analysis investigations aim to determine if the
1958 biochemical properties of a given molecule are significantly different to its
1959 homologues. When structure data is available, comparing the shapes of molecules
1960 by superimposing them enables substructure that may impart different behaviour
1961 to be quickly identified. The identification of optimal 3D superpositions
1962 involves aligning 3D data rather than sequence symbols, but the result can
1963 still be represented as a sequence alignment, where columns indicate positions
1964 in each molecule that should be superposed to recreate the optimal 3D alignment.
1965
1966 Jalview can employ Jmol's 3D fitting routines\footnote{See
1967 \href{http://chemapps.stolaf.edu/jmol/docs/?ver=12.2$\#$compare}{http://chemapps.stolaf.edu/jmol/docs/?ver=12.2$\#$compare}
1968 for more information.} to recreate 3D structure superpositions based on the
1969 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
1970 structure is added to an existing Jmol display using the {\sl Structure
1971 $\Rightarrow$ View PDB Structure $\Rightarrow$ ..}. A new Jmol view containing
1972 superposed structures can also be created using the {\sl Structure
1973 $\Rightarrow$ View all {\bf N} PDB Structures} option (when {\bf {\sl N}}
1974 $>$ 1) if the current selection contains two or more sequences with associated
1975 structures.
1976
1977 \subsubsection{Obtaining the RMSD for a Superposition}
1978 The RMSD (Root Mean Square Deviation) is a measure of how similar the structures
1979 are when they are superimposed. Figure \ref{mstrucsuperposition} shows a
1980 superposition created during the course of Exercise \ref{superpositionex}. The
1981 parts of each molecule used to construct the superposition are rendered using
1982 the cartoon style, with other parts of the molecule drawn in wireframe. The Jmol
1983 console, which has been opened after the superposition was performed, shows the
1984 RMSD report for the superposition.
1985 Full information about the superposition is also outputed to the Jalview
1986 console.\footnote{The Jalview Java Console is opened from {\sl Tools
1987 $\Rightarrow$ Java Console} option in the Desktop's menu bar} This output also
1988 includes the precise atom pairs used to superpose structures.
1989
1990 \subsubsection{Choosing which part of the Alignment is used for Structural
1991 Superposition} Jalview uses the visible part of each alignment view to define
1992 which parts of each molecule are to be superimposed. Hiding a column in a view
1993 used for superposition will remove that correspondence from the set, and will
1994 exclude it from the superposition and RMSD calculation.
1995 This allows the selection of specific parts of the alignment to be used for
1996 superposition. Only columns that define a complete set of correspondences for
1997 all structures will be used for structural superposition, and as a consequence,
1998 the RMSD values generated for each pair of structures superimposed can be
1999 directly compared.
2000
2001 In order to recompute a superposition after changing a view or editing the
2002 alignment, select the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Align sequences } menu option. The {\sl
2003 Jmol $\Rightarrow$ Superpose with ..} submenu allows you to choose which of the
2004 associated alignments and views are to be used to create the set of
2005 correspondences. This menu is useful when composing complex superpositions
2006 involving multi-domain and multi-chain complexes, when correspondences may be
2007 defined by more than one alignment.
2008
2009 Note that these menu options appear when you have two or more structures in one Jmol viewer.
2010
2011
2012
2013 \begin{figure}[htbp]
2014 \begin{center}
2015 \includegraphics[width=5.5in]{images/fdxsuperposition.pdf}
2016 \caption{{\bf Superposition of two ferredoxin structures.} The alignment on the
2017 left was used by Jalview to superpose structures associated with the
2018 FER1\_SPIOL and FER1\_MAIZE sequences in the alignment. Parts of each structure
2019 used for superposition are rendered as a cartoon, the remainder rendered in
2020 wireframe. The RMSD between corresponding positions in the structures before and
2021 after the superposition is shown in the Jmol console.}
2022 \label{mstrucsuperposition}
2023 \end{center}
2024 \end{figure}
2025
2026 \exercise{Aligning Structures using the Ferredoxin
2027 Sequence Alignment}{\label{superpositionex}
2028
2029 \exstep{Continue with the Jalview project created in exercise
2030 \ref{viewingstructex}. Use the {\sl Discover PDB IDs} function to retrieve PDB
2031 IDs associated with the FER1\_MAIZE sequence.}
2032 \exstep{Once discovery has completed, use the {\sl
2033 View PDB Structure} submenu to view one of the PDB file associated with
2034 FER1\_MAIZE (eg. 3B2F)
2035 Jalview will give you the option of aligning the structure to the one already
2036 open. To superimpose the structure associated with FER1\_MAIZE with the one
2037 associated with FER1\_SPIOL, press the {\bf Yes} button.
2038
2039 {\sl The Jmol view will update to show both structures, and one will be
2040 moved on to the other. If this doesn't happen, use the Align function in the Jmol submenu}}
2041 \exstep{Create a new view on the alignment, and hide all but columns 121
2042 through to 132.}
2043 \exstep{Use the {\sl Jmol} submenu to
2044 recompute the superposition using just columns 121-132 of the alignment
2045 (The easiest way to achieve this is to select column 121-132 and in the View
2046 menu selected ``All but selected region'' from the Hide options).
2047
2048 {\sl Note how the molecules shift position when superposed using a short part of
2049 the two structures.}}
2050 \exstep{Compare the initial and final RMSDs for superimposing molecules with
2051 the small section and with the whole alignment. (The RMSD report can be
2052 viewed by right clicking the mouse on Jmol window, and select ``Show" and ``Measurements") Which view do you think give the best 3D
2053 superposition, and why ?} }
2054
2055 \subsection{Colouring Structure Data Associated with Multiple Alignments and
2056 Views} Normally, the original view from which a particular structure view was
2057 opened will be the one used to colour structure data. If alignments involving
2058 sequences associated with structure data shown in a Jmol have multiple views, Jalview gives you full control
2059 over which alignment, or alignment view, is used to colour the structure
2060 display. Sequence-structure colouring associations are
2061 changed {\sl via} the {\sl View $\Rightarrow$ Colour by ..} menu, which lists all
2062 views associated with data shown in the embedded Jmol view. A tick is shown beside
2063 views currently used as colouring source, and moving the
2064 mouse over each view will bring it to the front of the alignment display,
2065 allowing you to browse available colour sources prior to selecting one. If the
2066 {\sl Select many views} option is selected, then multiple views can be selected as sources for colouring the
2067 structure data. {\sl Invert selection} and {\sl Select all views} options are also provided to quickly change between multi-view selections.
2068
2069 Note that the {\sl Select many views} option is useful if you have different
2070 views that colour different areas or domains of the alignment. This option is
2071 further explored in Section \ref{complexstructurecolours}.
2072
2073 \begin{figure}[htbp]
2074 \begin{center}
2075 \includegraphics[width=5.5in]{images/mviewstructurecol.pdf}
2076 \caption{{\bf Choosing a different view for colouring a structure display}
2077 Browsing the {\sl View $\Rightarrow$ Colour by ..} menu provides full control
2078 of which alignment view is used to colour structures when the {\sl Colours
2079 $\Rightarrow$ By Sequence} option is selected.}
2080 \label{mviewstructurecol}
2081 \end{center}
2082 \end{figure}
2083
2084 \subsubsection{Colouring Complexes}
2085 \label{complexstructurecolours}
2086 The ability to control which multiple alignment view is used to colour
2087 structural data is essential when working with data relating to
2088 multidomain biomolecules and complexes. 
2089
2090 In these situations, each chain identified in the structure may have a different
2091 evolutionary history, and a complete picture of functional variation can
2092 only be gained by integrating data from different alignments on the same
2093 structure view. An example of this is shown in Figure
2094 \ref{mviewalcomplex}, based on data from Song et. al.\footnote{Structure of
2095 DNMT1-DNA Complex Reveals a Role for Autoinhibition in Maintenance DNA Methylation. Jikui Song, Olga Rechkoblit, Timothy H. Bestor, and Dinshaw J. Patel.
2096 {\sl Science} 2011 {\bf 331} 1036-1040
2097 \href{http://www.sciencemag.org/content/331/6020/1036}{DOI:10.1126/science.1195380}}
2098
2099 \begin{figure}[htbp]
2100 \begin{center}
2101 \includegraphics[]{images/mchainstructureview.pdf}
2102 \caption{{\bf The biological assembly of Mouse DNA Methyltransferase-1 coloured
2103 by Pfam alignments for its major domains} Alignments for each domain within the
2104 Uniprot sequence DNMT1\_MOUSE have been used to visualise sequence conservation
2105 in each component of this protein-DNA complex. Instructions for recreating this figure are given in exercise \ref{dnmtcomplexex}. }
2106 \label{mviewalcomplex}
2107 \end{center}
2108 \end{figure}
2109
2110 \exercise{Colouring a Protein Complex to Explore Domain-Domain
2111 Interfaces}{\label{dnmtcomplexex}
2112
2113 \exstep{Download the PDB file at
2114 \textsf{\url{http://www.jalview.org/tutorial/DNMT1\_MOUSE.pdb}} to your desktop. 
2115
2116 This is the biological unit for PDB ID 3pt6, as identified by the PDBe's PISA
2117 server.}
2118
2119 \exstep{Launch the Jalview desktop and ensure you have at least 256MB of
2120 free memory available.
2121
2122 {\sl Use the following webstart link:
2123
2124 \href{http://www.jalview.org/services/launchApp?jvm-max-heap=1G}{http://www.jalview.org/services/launchApp?jvm-max-heap=1G}.}
2125
2126 {\sl Alternatively in the Development section of the Jalview web site
2127 (\href{http://www.jalview.org/development/development-builds}{http://www.jalview.org/development/development-builds})
2128 in the ``latest official build'' row in the table, go to the
2129 ``Webstart'' column, click on ``G2''.}}
2130 \exstep{Retrieve the following {\bf full} PFAM alignments: PF02008, PF01426
2131 (make sure you select the {\sl PFAM {\bf (Full)}} source). These will each be retrieved into their own alignment window.} \exstep{Drag the URL or file of the structure you downloaded in
2132 step 1 onto one of the alignments to associate it with the mouse sequence in
2133 that Pfam domain family.}
2134 \exstep{For every DNMT1\_MOUSE sequence in the alignment, use the sequence
2135 ID popup menu's {\sl Structure} submenu to view the DNMT1\_MOUSE structure for the associated mouse sequence. When given the option, {\bf view all of the structures in the same Jmol viewer}. Check the contents of the {\sl View $\Rightarrow$ Colour by ..} submenu to see what alignments can be used to
2136 colour the sequence.}
2137 \exstep{Repeat the previous two steps for each of
2138 the other alignments. In each case, when performing the `View DNMT1\_MOUSE.pdb'
2139 step, Jalview will ask if you wish to create a new Jmol view. You should
2140 respond `No', {\bf ensuring that each sequence fragment is associated with the same Jmol view}.}
2141 \exstep{Pick a different colourscheme for each alignment, and use the {\sl
2142 Colour by ..} submenu to ensure they are all used to colour the complex shown
2143 in the Jmol window.}
2144 \exstep{The final step needed to reproduce the shading in Figure
2145 \ref{mviewalcomplex} is to use the {\sl Colour $\Rightarrow$ By
2146 Annotation } option in each alignment window to shade the alignment by the
2147 {\bf Conservation} annotation row. This function was described in section
2148 \ref{colourbyannotation}. 
2149
2150 Ensure that you first disable the {\sl View $\Rightarrow$ Show Features} menu option, or you may not see any colour changes in the associated structure.
2151
2152 {\sl Note: Choose a different shading scheme for each
2153 alignment so that the regions of strong physicochemical conservation are highlighted. This
2154 kind of shading will reveal conserved regions of interaction between domains 
2155 in the structure.}}
2156 \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.}
2157
2158 % {\sl Note: This exercise relies on new features introduced in Jalview 2.7. If
2159 % you notice any strange behaviour when trying out this exercise, it may be a
2160 % bug (see
2161 % \href{http://issues.jalview.org/browse/JAL-1008}{http://issues.jalview.org/browse/JAL-1008}
2162 % for one relating to highlighting of positions in the alignment window).}
2163 }
2164
2165 \section{Analysis of Alignments}
2166 \label{alignanalysis}
2167 Jalview provides support for sequence analysis in two ways. A number of
2168 analytical methods are `built-in', these are accessed from the {\sl Calculate}
2169 alignment window menu. Computationally intensive analyses are run outside
2170 Jalview {\sl via} web services - these are typically accessed {\sl via} the {\sl
2171 Web Service} menu, and described in \ref{jvwebservices} and subsequent sections.
2172 In this section, we describe the built-in analysis capabilities common to both
2173 the Jalview Desktop and the JalviewLite applet.
2174  
2175 \subsection{PCA}
2176 This calculation creates a spatial representation of the similarities within the
2177 current selection or the whole alignment if no selection has been made. After
2178 the calculation finishes, a 3D viewer displays the each sequence as a point in
2179 3D `similarity space'. Sets of similar sequences tend to lie near each other in
2180 this space.
2181 Note: The calculation is computationally expensive, and may fail for very large
2182 sets of sequences - because the JVM has run out of memory. Memory issues, and
2183 how to overcome them, were discussed in Section \ref{memorylimits}.
2184
2185 \subsubsection{What is PCA?}
2186 Principal components analysis is a technique for examining the structure of
2187 complex data sets. The components are a set of dimensions formed from the
2188 measured values in the data set, and the principle component is the one with the
2189 greatest magnitude, or length. The sets of measurements that differ the most
2190 should lie at either end of this principle axis, and the other axes correspond
2191 to less extreme patterns of variation in the data set.
2192 In this case, the components are generated by an eigenvector decomposition of
2193 the matrix formed from the sum of pairwise substitution scores at each aligned
2194 position between each pair of sequences. The basic method is described in the
2195 1995 paper by {\sl G. Casari, C. Sander} and {\sl A. Valencia} \footnote{{\sl
2196 Nature Structural Biology} (1995) {\bf 2}, 171-8.
2197 PMID: 7749921} and implemented at the SeqSpace server at the EBI.
2198
2199 Jalview provides two different options for the PCA calculation. Protein PCAs are
2200 by default computed using BLOSUM 62 pairwise substitution scores, and nucleic
2201 acid alignment PCAs are computed using a score model based on the identity
2202 matrix that also treats Us and Ts as identical, to support analysis of both RNA
2203 and DNA alignments. The {\sl Change Parameters} menu also allows the calculation
2204 method to be toggled between SeqSpace and a variant calculation that is detailed
2205 in Jalview's built in documentation.\footnote{See
2206 \url{http://www.jalview.org/help/html/calculations/pca.html}.}
2207
2208 \subsubsection{The PCA Viewer}
2209
2210 PCA analysis can be launched from the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Principle
2211 Component Analysis} menu option. {\bf PCA requires a selection containing at
2212 least 4 sequences}.  A window opens containing the PCA tool (Figure \ref{PCA}).
2213 Each sequence is represented by a small square, coloured by the background
2214 colour of the sequence ID label. The axes can be rotated by clicking and
2215 dragging the left mouse button and zoomed using the $\uparrow$ and $\downarrow$
2216 keys or the scroll wheel of the mouse (if available).  A tool tip appears if the
2217 cursor is placed over a sequence. Sequences can be selected by clicking on them.
2218 [CTRL]-Click can be used to select multiple sequences.
2219 \begin{figure}[hbtp]
2220 \begin{center}
2221 \includegraphics[width=2in]{images/PCA1.pdf}
2222 \includegraphics[width=3in]{images/PCA3.pdf}
2223 \caption{{\bf PCA Analysis.} }
2224 \label{PCA}
2225 \end{center}
2226 \end{figure}
2227
2228 Labels will be shown for each sequence by toggling the {\sl View $\Rightarrow$
2229 Show Labels} menu option, and the plot background colour changed {\sl via} the
2230 {\sl View $\Rightarrow$ Background Colour..} dialog box. A graphical
2231 representation of the PCA plot can be exported as an EPS or PNG image {\sl via}
2232 the {\sl File $\Rightarrow$ Save As $\Rightarrow$ \ldots } submenu.
2233
2234 \exercise{Principle Component Analysis}{ \exstep{Load the alignment at
2235 \textsf{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar} and press [ESC] to clear any selections. Alternatively, select {\sl Select $\Rightarrow$ Undefine Groups} to remove all groups and colourschemes. } \exstep{Select the menu option {\sl Calculate $\Rightarrow$ Principle Component Analysis}. A new window will open. Move this window so that the tree, alignment and PCA viewer window are all visible. Try rotating the plot by clicking and dragging the mouse on the plot in the PCA window. Note that clicking on points in the plot will highlight them on the alignment and tree. }
2236 \exstep{ Click on the tree window. Careful selection of the tree partition
2237 location will divide the alignment into a number of groups, each of a different
2238 colour. Note how the colour of the sequence ID label matches both the colour of
2239 the partitioned tree and the points in the PCA plot.
2240 } }
2241
2242 \subsubsection{PCA Data Export}
2243 Although the PCA viewer supports export of the current view, the plots produced
2244 are rarely suitable for direct publication. The PCA viewer's {\sl File} menu
2245 includes a number of options for exporting the PCA matrix and transformed points
2246 as comma separated value (CSV) files. These files can be imported by tools such
2247 as {\bf R} or {\bf gnuplot} in order to graph the data.
2248
2249 \subsection{Trees}
2250 \label{trees}
2251 Jalview can calculate and display trees, providing interactive tree-based
2252 grouping of sequences though a tree viewer. All trees are calculated {\sl via}
2253 the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ \ldots} submenu.
2254 Trees can be calculated from distance matrices determined from \% identity or
2255 aggregate BLOSUM 62 score using either {\sl Average Distance} (UPGMA) or {\sl
2256 Neighbour Joining} algorithms. The input data for a tree is either the selected
2257 region or the whole alignment, excluding any hidden regions.
2258
2259 On calculating a tree, a new window opens (Figure \ref{trees1}) which contains
2260 the tree. Various display settings can be found in the tree window {\sl View}
2261 menu, including font, scaling and label display options, and the {\sl File
2262 $\Rightarrow$ Save As} submenu contains options for image and Newick file
2263 export. Newick format is a standard file format for trees which allows them to
2264 be exported to other programs.  Jalview can also read in external trees in
2265 Newick format {\sl via} the {\sl File $\Rightarrow$ Load Associated Tree} menu
2266 option. Leaf names on imported trees will be matched to the associated alignment
2267 - unmatched leaves will still be displayed, and can be highlighted using the
2268 {\sl View $\Rightarrow$ Mark Unlinked Leaves} menu option.
2269
2270
2271 \begin{figure}
2272 \begin{center}
2273 \includegraphics[width=2.5in]{images/trees1.pdf}
2274 \includegraphics[width=2.5in]{images/trees2.pdf}
2275 \includegraphics[width=1.25in]{images/trees4.pdf}
2276 \caption{{\bf Calculating Trees} Jalview provides four built in models for calculating trees. 
2277 Jalview can also load precalculated trees in Newick format (right).}
2278 \label{trees1}
2279 \end{center}
2280 \end{figure}
2281
2282
2283 Clicking on the tree brings up a cursor across the height of the tree. The
2284 sequences are automatically partitioned and coloured (Figure \ref{trees2}). To
2285 group them together, select the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Sort $\Rightarrow$
2286 By Tree Order $\Rightarrow$ \ldots} alignment window menu option and choose the
2287 correct tree. The sequences will then be sorted according to the leaf order
2288 currently shown in the tree view. The coloured background to the sequence IDs
2289 can be removed with {\sl Select $\Rightarrow$ Undefine Groups} from the
2290 alignment window menu. Note that tree partitioning will also remove any groups
2291 and colourschemes on a view, so create a new view ([CTRL-T]) if you wish to
2292 preserve these.
2293
2294 \begin{figure}
2295 \begin{center}
2296 \includegraphics[width=5in]{images/trees3.pdf}
2297 \caption{{\bf Interactive Trees} The tree level cutoff can be used to designate
2298 groups in Jalview.}
2299 \label{trees2}
2300 \end{center}
2301 \end{figure}
2302
2303 %\subsubsection{Multiple Views and Input Data recovery from PCA and Tree Viewers}
2304 % move to ch. 3 ?
2305 %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.
2306
2307 \subsubsection{Recovering input Data for a Tree or PCA Plot Calculation}
2308 \parbox[c]{5in}{
2309 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. 
2310 }
2311 \parbox[c]{1.25in}{\centerline{\includegraphics[width=1.25in]{images/pca_fmenu.pdf}
2312 }}
2313
2314 \subsubsection{Changing the associated View for a Tree or PCA Viewer}
2315 \parbox[c]{4in}{
2316 The {\sl View $\Rightarrow$ Associated Nodes With $\Rightarrow$ .. } submenu is shown when the viewer is associated with an alignment that is involved in multiple views. Selecting a different view does not affect the tree or PCA data, but will change the colouring and display of selected sequences in the display according to the colouring and selection state of the newly associated view. 
2317 } \parbox[c]{3in}{\centerline{
2318 \includegraphics[width=2.5in]{images/pca_vmenu.pdf} }}
2319
2320
2321 \exercise{Trees}{
2322 \exstep{Ensure that you have at least 1G memory available in Jalview
2323 (Either start with this link:
2324 \href{http://www.jalview.org/services/launchApp?jvm-max-heap=1G}{http://www.jalview.org/services/launchApp?jvm-max-heap=1G},
2325 or in the Development section of the Jalview web site
2326 (\href{http://www.jalview.org/development/development-builds}{http://www.jalview.org/development/development-builds})
2327 in the ``latest official build'' row in the table, go to the
2328 ``Webstart'' column, click on ``G2''.)}
2329 \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.}
2330 \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.}
2331 \exstep{Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$
2332 Neighbour Joining Using \% Identity}. A new tree window will appear. The group colouring 
2333 makes it easy to see the differences between the two trees, calculated using
2334  different methods.} \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. 
2335 Comparing the location of individual sequences between the three trees illustrates the importance of selecting appropriate regions of the alignment for the calculation of trees. 
2336 }
2337 \exstep{Recover the {\sl Input Data} for the tree you just calculated from the {\sl File} menu. Check the {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps } option is {\sl not} ticked, and insert one gap anywhere in the alignment. Now select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ Neighbour Joining Using BLOSUM62}. 
2338
2339 A warning dialog box {\bf ``Sequences not aligned'' } appears because the sequences input to the tree calculation are of different lengths. }
2340
2341 \exstep{Now select {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps } and try to perform the tree calculation again - this time a new tree should appear.
2342
2343 This demonstrates the use of the {\sl Pad Gaps } editing preference, which ensures that all sequences are the same length after editing. }
2344
2345 }
2346
2347 \subsection{Tree Based Conservation Analysis}
2348 \label{treeconsanaly}
2349
2350 Trees reflect the pattern of global sequence similarity exhibited by the
2351 alignment, or region within the alignment, that was used for their calculation.
2352 The Jalview tree viewer enables sequences to be partitioned into groups based
2353 on the tree. This is done by clicking within the tree viewer window. Once subdivided, the
2354 conservation between and within groups can be visually compared in order to
2355 better understand the pattern of similarity revealed by the tree and the
2356 variation within the clades partitioned by the grouping. The conservation based
2357 colourschemes and the group associated conservation and consensus annotation
2358 (enabled using the alignment window's {\sl View $\Rightarrow$ Autocalculated
2359 Annotation $\Rightarrow$ Group Conservation} and {\sl Group Consensus} options)
2360 can help when working with larger alignments.
2361
2362 \exercise{Tree Based Conservation Analysis}{
2363 \label{consanalyexerc}
2364 \exstep{Load the PF03460 PFAM seed alignment using the sequence fetcher. Colour it with the {\sl Taylor colourscheme}, and apply {\sl Conservation } shading. }
2365 \exstep{Build a Neighbour joining tree using BLOSUM62 and use the {\sl Sort
2366 Alignment By Tree} option in the tree viewer submenu to order alignment using the calculated tree.} \exstep{Select a point on the tree to partition the alignment, and examine the variation in colouring between different groups. 
2367
2368 You may find it easier to browse the alignment if you first uncheck the {\sl
2369 Annotations $\Rightarrow$ Show Annotations} option, and open the Overview Window
2370 within the View menu to aid navigation.}
2371 \exstep{Try changing the colourscheme to BLOSUM62 (whilst ensuring that {\sl Apply Colour to All Groups} is selected)}
2372 {\sl Note: You may want to save the alignment and tree as a project file, since
2373 it is used in the next few exercises. } }
2374
2375 \subsection{Redundancy Removal}
2376
2377 The redundancy removal dialog box is opened using the {\sl Edit $\Rightarrow$ Remove Redundancy\ldots} option in the alignment menu. As its menu option placement suggests, this is actually an alignment editing function, but it is convenient to describe it here. The redundancy removal dialog box presents a percentage identity slider which sets the redundancy threshold. Aligned sequences which exhibit a percentage identity greater than the current threshold are highlighted in black. The [Remove] button can then be used to delete these sequences from the alignment as an edit operation\footnote{Which can usually be undone. A future version of Jalview may allow redundant sequences to be hidden, or represented by a chosen sequence, rather than deleted.}.
2378 \begin{figure}
2379 \begin{center}
2380 \includegraphics[width=5.5in]{images/redundancy.pdf}
2381 \end{center}
2382 \label{removeredundancydialog}
2383 \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.}
2384 \end{figure}
2385
2386 \exercise{Remove Redundant Sequences}{
2387
2388 \exstep{Re-use or recreate the alignment and tree which you worked with in the
2389 tree based conservation analysis exercise (exercise \ref{consanalyexerc}). In
2390 the alignment window, you may need to deselect groups using Esc key.}
2391 \exstep{In the Edit menu select Remove Redundancy to open the Redundancy
2392 threshold selection dialog. Adjust the redundancy threshold value, start
2393 at 50 and increase the value to 65. Sequences selected will change colour in the Sequence ID panel. Select ``Remove'' to
2394 remove the sequences that are more than 65\% similar under this alignment.}
2395 \exstep{Select the Tree viewer's {\sl View $\Rightarrow$ Mark Unlinked Leaves} option, and note that the removed sequences are now prefixed with a * in the tree view.}
2396 \exstep{Use the [Undo] button in the Redundancy threshold selection dialog box
2397 to recover the sequences. Note that the * symbols disappear from the tree display.}
2398 \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.}
2399 }
2400
2401 \subsection{Subdividing the Alignment According to Specific Mutations}
2402
2403 It is often necessary to explore variations in an alignment that may correlate
2404 with mutations observed in a particular region; for example, sites exhibiting
2405 single nucleotide polymorphism, or residues involved in substrate recognition in
2406 an enzyme. One way to do this would be to calculate a tree using the specific
2407 region, and subdivide it in order to partition the alignment.
2408 However, calculating a tree can be slow for large alignments, and the tree may
2409 be difficult to partition when complex mutation patterns are being analysed. The
2410 {\sl Select $\Rightarrow$ Make groups for selection } function was introduced to
2411 make this kind of analysis easier. When selected, it will use the characters in
2412 the currently selected region to subdivide the alignment. For example, if a
2413 single column is selected, then the alignment (or each group defined on the
2414 alignment) will be divided into groups based on the residue or nucleotide found
2415 at that position. These new groups are annotated with the characters in the
2416 selected region, and Jalview's group based conservation analysis annotation and
2417 colourschemes can then be used to reveal any associated pattern of sequence
2418 variation across the whole alignment.
2419
2420 \subsection{Automated Annotation of Alignments and Groups}
2421
2422 On loading a sequence alignment, Jalview will normally\footnote{Automatic
2423 annotation can be turned off in the {\sl Visual } tab in the {\sl Tools
2424 $\Rightarrow$ Preferences } dialog box.} calculate a set of automatic annotation
2425 rows which are shown below the alignment. For nucleotide sequence alignments,
2426 only an alignment consensus row will be shown, but for amino acid sequences,
2427 alignment quality (based on BLOSUM 62) and physicochemical conservation will
2428 also be shown. Conservation is calculated according to Livingstone and
2429 Barton\footnote{{\sl ``Protein Sequence Alignments: A Strategy for the
2430 Hierarchical Analysis of Residue Conservation." } Livingstone C.D. and Barton
2431 G.J. (1993) {\sl CABIOS } {\bf 9}, 745-756}.
2432 Consensus is the modal residue (or {\tt +} where there is an equal top residue).
2433 The inclusion of gaps in the consensus calculation can be toggled by
2434 right-clicking on the the Consensus label and selecting {\sl Ignore Gaps in
2435 Consensus} from the pop-up context menu located with consensus annotation row.
2436 Quality is a measure of the inverse likelihood of unfavourable mutations in the alignment. Further details on these
2437 calculations can be found in the on-line documentation.
2438
2439 These annotations can be hidden and deleted via the context menu linked to the
2440 annotation row; but they are only created on loading an alignment. If they are
2441 deleted then the alignment should be saved and then reloaded to restore them.
2442 Jalview provides a toggle to autocalculate a consensus sequence upon editing. This is normally selected by default, but can be turned off for
2443 large alignments {\sl via} the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Autocalculate
2444 Consensus} menu option if the interface is too slow.
2445
2446 \subsubsection{Group Associated Annotation}
2447 \label{groupassocannotation}
2448 Group associated consensus and conservation annotation rows reflect the
2449 sequence variation within a particular group. Their calculation is enabled
2450 by selecting the {\sl Group Conservation} or {\sl Group Consensus} options in
2451 the {\sl Annotation $\Rightarrow$ Autocalculated Annotation } submenu of the
2452 alignment window. 
2453
2454 \subsubsection{Alignment and Group Sequence Logos}
2455 \label{seqlogos}
2456
2457 The consensus annotation row that is shown below the alignment can be overlaid
2458 with a sequence logo that reflects the symbol distribution at each column of
2459 the alignment. Right click on the Consensus annotation row and select the {\sl Show
2460 Logo} option to display the Consensus profile for the group or alignment.
2461 Sequence logos can be enabled by default for all new alignments {\sl via} the
2462 Visual tab in the Jalview desktop's preferences dialog box.
2463
2464 \exercise{Group Conservation Analysis}{
2465 \exstep{Re-use or recreate the alignment and tree which you worked with in the
2466 tree based conservation analysis exercise (exercise \ref{consanalyexerc})} 
2467 \exstep{In the View menu, create a new view. Ensure the annotation panel
2468 is displayed (Show annotation in Annotations menu). Enable the display
2469 of {\sl Group Consensus} option by checking {\sl Group Consensus} in the {\sl Annotation $\Rightarrow$
2470 Autocalculated Annotation } submenu in the sequence alignment window. Then display of sequence 
2471 logos to make it easier to see the different residue populations within each
2472 group. Activate logo by right clicking on the Consensus annotation row to open
2473 the pop-up menu and select the {\sl Show Logo} option.} 
2474 \exstep{In the column alignment ruler, select a column exhibiting about 50\%
2475 conservation that lies within the central conserved region of the alignment. Subdivide the alignment according to
2476 this selection using {\sl Select $\Rightarrow$ Make groups for selection}.}
2477 \exstep{Re-order the alignment according to the new groups that have been
2478 defined. Click on the group annotation row IDs to select groups exhibiting a
2479 specific mutation.}
2480 \exstep{Select another column exhibiting about 50\% conservation
2481 overall, and subdivide the alignment further. Note that the new groups
2482 inherit the names of the original groups, allowing you to identify the
2483 combination of mutations that resulted in the subdivision.
2484 }
2485 \exstep{Clear the groups, and try to subdivide the alignment using two
2486 non-adjacent columns.
2487
2488 {\sl Hint: You may need to hide the intervening columns before you can select
2489 both of the columns that you wish to use to subdivide the alignment.}}
2490 \exstep{Switch back to the original view, and experiment with subdividing
2491 the tree groups made in the previous exercise.}
2492 }
2493
2494 \subsection{Other Calculations}
2495
2496
2497 \subsubsection{Pairwise Alignments}
2498
2499 Jalview can calculate optimal pairwise alignments between arbitrary sequences {\sl via} the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Pairwise Alignments\ldots} menu option. Global alignments of all pairwise combinations of the selected sequences are performed and the results returned in a text box.
2500
2501 \begin{figure}[]
2502 \begin{center}
2503 \includegraphics[width=4in]{images/pairwise.pdf}
2504 \caption{{\bf Pairwise alignment of sequences.} Pairwise alignments of three selected sequences are shown in a textbox.}
2505 \label{pairwise}
2506 \end{center}
2507 \end{figure}
2508
2509 \pagebreak[2]
2510
2511 \section{Webservices}
2512 \label{jvwebservices}
2513 The term ``Webservices'' refers to a variety of data exchange
2514 mechanisms based on HTTP.\footnote{HTTP: Hyper-Text Transfer Protocol.} 
2515
2516 \parbox[c]{4.5in}{Jalview can exploit public webservices to access databases
2517 remotely, and also submit data to public services by opening pages with your web browser. These types of
2518 services are `one-way', {\sl i.e.} data is either sent to the webservice or
2519 retrieved from it by Jalview. The desktop application can also interact
2520 with `two-way' remote analysis services in order to offload computationally
2521 intensive tasks to High Performance Computing facilities. Most of these two-way
2522 services are provided by {\bf Ja}va {\bf B}ioinformatics {\bf A}nalysis {\bf
2523 W}eb {\bf S}ervice (JABAWS) servers\footnote{See
2524 http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws for more information and to download
2525 your own server.}, which provides an easily installable system for performing
2526 a range of bioinformatics analysis tasks. }
2527 \parbox[c]{1.75in}{\includegraphics[width=1.65in]{images/wsmenu.pdf}}
2528
2529 \subsection{One-Way Web Services}
2530
2531 There are two types of one way service in Jalview. Database services,
2532 which were introduced in in Section \ref{fetchseq}, provide sequence and
2533 alignment data. They can also be used to add sequence IDs to an alignment
2534 imported from a local file, prior to further annotation retrieval, as described
2535 in Section \ref{featuresfromdb}. A second type of one way service is provided
2536 by Jalview's DAS sequence feature retrieval system, which is described
2537 in Section \ref{dasfretrieval}. 
2538 % The final type of one way service are sequence
2539 % and ID submission services.
2540 % exemplified by the `Envision2 Services' provided
2541 % by the ENFIN Consortium\footnote{ENFIN is the European Network for Functional
2542 % INtegration. Please see http://www.enfin.org for more information. }.
2543
2544 % \subsubsection{One-way submission services}
2545 % Jalview can use the system's web browser to submit sets of sequences and
2546 % sequence IDs to web based applications. Single sequence IDs can be passed to
2547 % a web site using the user definable URL links listed under the {\sl
2548 % Links} submenu of the sequence ID popup menu. These are configured
2549 % in the {\sl Connections} tab of the {\sl Preferences} dialog box.
2550
2551 % The Envision 2 services presented in the webservice menu provides are the first
2552 % example of one-way services where multiple sequences or sequence IDs can be
2553 % sent. The {\sl Web service $\Rightarrow$ Envision 2 Services} menu entry
2554 % provides two sub-menus that enable you to submit the sequences or IDs
2555 % associated with the alignment or just the currently selected sequences to one
2556 % of the Envision2 workflows. Selecting any one will open a new browser window on
2557 % the Envision2 web application. The menu entries and their tooltips provide
2558 % details of the Envision2 workflow and the dataset set that will be submitted
2559 % ({\sl i.e.} the database reference type, or associated sequence subset). Please
2560 % note, due to technical limitations, Jalview can currently only submit small
2561 % numbers of sequences to the workflows - if no sequence or ID submissions are
2562 % presented in the submenus, then try to select a smaller number of sequences to
2563 % submit. 
2564
2565 \subsection{Remote Analysis Web Services}
2566 Remote analysis services enable Jalview to use external computational
2567 facilities. There are currently three types of service - multiple sequence
2568 alignment, protein secondary structure prediction, and alignment analysis.
2569 Many of these are provided by JABA servers, which are described at the end of
2570 this section. In all cases, Jalview will construct a job based on the alignment
2571 or currently selected sequences, ask the remote server to run the job, monitor
2572 status of the job and, finally, retrieve the results of the job and display
2573 them. The Jalview user is kept informed of the progress of the job through a
2574 status window.
2575
2576 Currently, web service jobs and their status windows are not stored in Jalview
2577 Project Files\footnote{This may be rectified in future versions.}, so it is
2578 important that you do not close Jalview whilst a job is running. It is also
2579 essential that you have a continuous network connection in order to
2580 successfully use web services from Jalview, since it periodically checks the
2581 progress of running jobs.
2582
2583
2584 \subsection{JABA Web Services for Sequence Alignment and Analysis}
2585 \label{jabaservices}
2586 JABA stands for ``JAva Bioinformatics Analysis'', which is a system developed
2587 by Peter Troshin and Geoff Barton at the University of Dundee for running
2588 computationally intensive bioinformatics analysis programs. A JABA installation
2589 typically provides a range of JABA web services (JABAWS) for use by other
2590 programs, such as Jalview.
2591
2592 Exercises in the remainder of this section will demonstrate the simplest way of
2593 installing JABA on your computer, and configuring Jalview so it can access the JABA services. If you
2594 need any further help or more information about the services, please go to the
2595 \href{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws}{JABAWS home page}.
2596 %% \subsubsection{Aims}
2597 %%  \begin{list}{$\bullet$}{}
2598 %%  \item Gain experience using the different alignment services provided by
2599 % JABA
2600 %%\item Learn about the way that Jalview stores user presets for JABA services
2601 %%\item Learn how to install JABA services and configure Jalview to access them
2602 %%\end{list}
2603
2604 \subsection{Changing the Web Services Menu Layout}
2605 \label{changewsmenulayout}
2606 If you are working with a lot of different JABA services, you may wish to change
2607 the way Jalview lays out the web services menu. You can do this from the Web
2608 Services tab of the {\sl Preferences} dialog box.
2609
2610 \exercise{Changing the Layout of the Web Services Menu}{
2611 \label{changewsmenulayoutex}
2612 \exstep{Make sure you have loaded an alignment into Jalview, and examine the
2613 current layout of the alignment window's {\sl Web Service} menu.}
2614 \exstep{Open the preferences dialog box and select the web services tab.}
2615 \exstep{Ensure the {\sl Enable JABAWS services} checkbox is selected, and unselect
2616 the {\sl Enable Enfin Services} checkboxes.}
2617 \exstep{Hit {\sl Refresh Services} to update the web services menu -- once the
2618 progress bar has completed, open the {\sl Web Service} menu to view the changes.}
2619 \exstep{Select the {\sl Index by host} checkbox and refresh the services once again.
2620
2621 {\sl Observe the way the layout of the JABAWS Alignment submenu changes.}
2622 }
2623 \exstep{Do the same with the {\sl Index by type} checkbox.} 
2624 }
2625
2626 Jalview provides these options for configuring the layout of the  {\sl Web Service}
2627 menu because different Jalview users may have access to a different number of
2628 JABA services, and each will have their own preference regarding the layout of
2629 the menu.
2630
2631 \begin{figure}[htbc]
2632 \begin{center}
2633 \includegraphics[width=3in]{images/jvjabawsconfig.pdf}
2634 \caption{{\bf The Jalview Web Services preferences panel.} Options are provided
2635 for configuring the list of JABA servers that Jalview will use, enabling and
2636 disabling Enfin services, and configuring the layout of the web services
2637 menu.}
2638 \label{jvjabawsconfig}
2639 \end{center}
2640 \end{figure}
2641
2642
2643 \subsubsection{Testing JABA services}
2644 The JABAWS configuration dialog shown in Figure \ref{jvjabawsconfig} has colour
2645 codes to indicate whether the Desktop can access the server, and whether all
2646 services advertised by the server are functional. The colour codes are:
2647
2648 \begin{list}{$\bullet$}{}
2649   \item Red - Server cannot be contacted or reports a connection error.
2650   \item Amber - Jalview can connect, but one or more services are non-functional.
2651   \item Green - Server is functioning normally.
2652 \end{list}
2653   %TODO green and a tick, red and a cros, amber and a value indicating whether its all going
2654
2655 Test results from JABAWS are reported on Jalview's console output (opened from
2656 the Tools menu). Tests are re-run every time Jalview starts, and when the
2657 [Refresh Services] button is pressed on the Jalview JABAWS configuration panel.
2658
2659 \subsubsection{Resetting the JABA Services Setting to their Defaults}
2660 Once you have configured a JABAWS server and selected the OK button of the
2661 preferences menu, the settings will be stored in your Jalview preferences file,
2662 along with any preferences regarding the layout of the web services menu. If
2663 you should ever need to reset the JABAWS server list to its defaults, use the
2664 `Reset Services' button on the Web Services preferences panel.
2665
2666 \subsection{Running your own JABA Server}
2667 You can download and run JABA on your own machine using the `VMWare' or
2668 VirtualBox virtual machine environments. If you would like to learn how to do
2669 this, there are full instructions at the
2670 \href{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws/}{JABA web site}.
2671
2672 \exercise{Installing a JABA Virtual Machine on your Computer}{
2673 \label{jabawsvmex}{\sl This tutorial will demonstrate the simplest way of
2674 installing JABA on your computer, and configuring Jalview so it can access the JABA services. 
2675
2676 {\bf Prerequisites}
2677
2678 You will need a copy of VMWare Player/Workstation/Fusion on your machine.
2679 }
2680
2681 \exstep{If you do not have VMWare player installed, download it from
2682 www.vmware.com (this takes a few minutes -- you will need to register and wait
2683 for an email with a download link).}
2684 \exstep{Download the JABA virtual appliance archive called `jaba-vm.zip' from
2685 \textsf{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws/archive/jabaws-vm.zip}
2686
2687 WARNING: This is large (about 300MB) and will take some time to download.
2688 }
2689 \exstep{Unpack the archive's contents to a place on your machine with at least
2690 2GB of free space.
2691
2692 (On Windows, right click on the archive, and use the 'Extract archive..' option).
2693 }
2694 \exstep{Open the newly extracted directory and double click the VMWare virtual
2695 machine configuration file (jabaws.vcf). This will launch the VMWare player.
2696 }
2697 \exstep{Once VMWare player has started up, it may ask the question ``Did you move or copy
2698 this virtual appliance?'' -- select `Copy'.}
2699 \exstep{You may be prompted to download the VMWare linux tools. These are not
2700 necessary, so close the window or click on `Later'.}
2701 \exstep{You may also be prompted to install support for one or more devices (USB
2702 or otherwise). Say `No' to these options.}
2703 \exstep{Once the machine has loaded, it will display a series of IP addresses
2704 for the different services provided by the VM. Make a note of the JABAWS URL --
2705 this will begin with `http:' and end with `/jabaws''.}
2706 }
2707
2708 \exercise{Configuring Jalview to Access your new JABAWS Virtual Appliance}{
2709 \label{confnewjabawsappl}
2710 \exstep{Start Jalview (If you have not done so already).} 
2711 \exstep{Enable the Jalview Java Console by selecting its option from the Tools
2712 menu.
2713
2714 {\sl Alternately, use the System Java console if you have
2715 configured it to open when Jalview is launched, {\sl via} your system's Java
2716 preferences (under the `Advanced' tab on Windows).}}
2717 \exstep{Open the {\sl Preferences} dialog and locate the Web Services tab.}
2718 \exstep{Add the URL for the new JABAWS server you started in Exercise
2719 \ref{jabawsvmex} to the list of JABAWS urls using the `New Service
2720 URL' button.}
2721 \exstep{You will be asked if you want to test the service. Hit `Yes' to do this
2722 -- you should then see some output in the console window.
2723
2724 {\sl Take a close look at the output in the console.  What do you think is
2725 happening?}
2726 }
2727 \exstep{Hit OK to save your preferences -- you have now added a new JABA
2728 service to Jalview!}
2729 \exstep{Try out your new JABA services by loading the ferredoxin sequences from
2730 http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}
2731 \exstep{Launch an alignment using one
2732 of the JABA methods provided by your server. It will be listed under the JABAWS Alignment submenu of the {\sl Web Service} menu on the alignment window.
2733
2734 {\sl Note: You can watch the JABA VM appliance's process working by opening the
2735 process monitor on your system. (On Windows XP, this involves right-clicking the
2736 system clock and opening the task manager -- then selecting the 'Processes' tab
2737 and sort by CPU).}
2738 }
2739 }
2740
2741 \section{Multiple Sequence Alignment}
2742 \label{msaservices}
2743 Sequences can be aligned using a range of algorithms provided by JABA web
2744 services. These include ClustalW\footnote{{\sl ``CLUSTAL W: improving the
2745 sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence
2746 weighting, position specific gap penalties and weight matrix choice."} Thompson
2747 JD, Higgins DG, Gibson TJ (1994) {\sl  Nucleic Acids Research} {\bf 22},
2748 4673-80}, Muscle\footnote{{\sl ``MUSCLE: a multiple sequence alignment method
2749 with reduced time and space complexity"} Edgar, R.C.
2750 (2004) {\sl BMC Bioinformatics} {\bf 5}, 113},  MAFFT\footnote{{\sl ``MAFFT: a
2751 novel method for rapid multiple sequence alignment based on fast Fourier
2752 transform"}  Katoh, K., Misawa, K., Kuma, K. and Miyata, T. (2002) {\sl Nucleic
2753 Acids Research} {\bf 30}, 3059-3066.  and {\sl ``MAFFT version 5:
2754 improvement in accuracy of multiple sequence alignment"} Katoh, K., Kuma, K.,
2755 Toh, H. and Miyata, T. (2005) {\sl Nucleic Acids Research} {\bf 33}, 511-518.},
2756 ProbCons,\footnote{PROBCONS: Probabilistic Consistency-based Multiple Sequence
2757 Alignment.
2758 Do, C.B., Mahabhashyam, M.S.P., Brudno, M., and Batzoglou, S.
2759 (2005) {\sl Genome Research} {\bf 15} 330-340.} T-COFFEE\footnote{T-Coffee:
2760 A novel method for multiple sequence alignments. (2000) Notredame, Higgins and
2761 Heringa {\sl JMB} {\bf 302} 205-217} and Clustal Omega.\footnote{Fast, scalable
2762 generation of high-quality protein multiple sequence alignments using Clustal
2763 Omega. Sievers F, Wilm A, Dineen DG, Gibson TJ, Karplus K, Li W, Lopez R,
2764 McWilliam H, Remmert M, Soding J, Thompson JD, Higgins DG (2011) {\sl Molecular
2765 Systems Biology} {\bf 7} 539
2766 \href{http://dx.doi.org/10.1038/msb.2011.75}{doi:10.1038/msb.2011.75}} Of these,
2767 T-COFFEE is the slowest, but also the most accurate. ClustalW is historically
2768 the most widely used. Muscle is faster than ClustalW and probably the most
2769 accurate for smaller alignments and MAFFT is probably the best for large
2770 alignments, however {\bf Clustal Omega}, which was released in 2011, is
2771 arguably the fastest and most accurate tool for protein multiple alignment.
2772
2773
2774 To run an alignment web service, select the appropriate method from the {\sl
2775 Web Service $\Rightarrow$  Alignment $\Rightarrow$ \ldots} submenu (Figure
2776 \ref{webservices}). For each service you may either perform an alignment with
2777 default settings, use one of the available presets, or customise the parameters
2778 with the `{\sl Edit and Run ..}' dialog box. Once the job is submitted, a
2779 progress window will appear giving information about the job and any errors that
2780 occur. After successful completion of the job, a new window is opened with the
2781 results, in this case an alignment. By default, the new alignment will be
2782 ordered in the same way as the input sequences; however, many alignment programs
2783 re-order the input to place homologous sequences close together. This ordering
2784 can be recovered using the `Original ordering' entry within the {\sl Calculate
2785 $\Rightarrow$ Sort } sub menu.
2786
2787 \begin{figure}[htbp]
2788 \begin{center}
2789 \parbox[c]{1.5in}{\includegraphics[width=1.5in]{images/ws1.pdf}}
2790 \parbox[c]{2.5in}{\includegraphics[width=2.5in]{images/ws2.pdf}}
2791 \parbox[c]{2in}{\includegraphics[width=2in]{images/ws3.pdf}}
2792 \caption{{\bf Multiple alignment via web services} The appropriate method is
2793 selected from the menu (left), a status box appears (centre), and the results
2794 appear in a new window (right).}
2795 \label{webservices}
2796 \end{center}
2797 \end{figure}
2798
2799 \subsubsection{Realignment}
2800
2801 The re-alignment option is currently only supported by ClustalW and Clustal
2802 Omega. When performing a re-alignment, Jalview submits the current selection to
2803 the alignment service complete with any existing gaps. This approach is useful
2804 when one wishes to align additional sequences to an existing alignment without
2805 any further optimisation to the existing alignment. The re-alignment service
2806 provided by ClustalW in this case is effectively a simple form of profile
2807 alignment.
2808
2809 \subsubsection{Alignments of Sequences that include Hidden Regions}
2810
2811 If the view or selected region that is submitted for alignment contains hidden
2812 regions, then {\bf only the visible sequences will be submitted to the service}.
2813 Furthermore, each contiguous segment of sequences will be aligned independently
2814 (resulting in a number of alignment `subjobs' appearing in the status window).
2815 Finally, the results of each subjob will be concatenated with the hidden regions
2816 in the input data prior to their display in a new window. This approach ensures
2817 that 1) hidden column boundaries in the input data are preserved in the
2818 resulting alignment - in a similar fashion to the constraint that hidden columns
2819 place on alignment editing (see Section \ref{lockededits} and 2) hidden
2820 columns can be used to preserve existing parts of an alignment whilst the
2821 visible parts are locally refined.
2822
2823 \exercise{Multiple Sequence Alignment}{
2824 \exstep{ Close all windows and open the alignment at {\sf
2825 http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa}.  Select {\sl
2826 Web Service $\Rightarrow$ Alignment $\Rightarrow$ Muscle with Defaults}. 
2827 A window will open giving the job status. After a short time, a second window will open
2828  with the results of the alignment.} 
2829  \exstep{Return to the first sequence alignment window by clicking on 
2830  the window, and repeat using Clustal and MAFFT (from the {\sl Web
2831  Service $\Rightarrow$ Alignment} menu) on the same initial alignment. Compare them and 
2832  you should notice small differences. }
2833 \exstep{Select the last three sequences in the MAFFT alignment, and de-align them 
2834 with {\sl Edit $\Rightarrow$ Remove All Gaps}. Press [ESC] to deselect them and then 
2835 submit the view for re-alignment with Clustal.}
2836 \exstep{Use [CTRL]-Z to recover the alignment of the last three sequences in the MAFFT alignment. 
2837 Once the Clustal re-alignment has completed, compare the results of re-alignment of the 
2838 three sequences with their alignment in the original MAFFT result.}
2839 \exstep{Select columns 60 to 125 in the original MAFFT alignment and hide them. 
2840 Select {\sl Web Services $\Rightarrow$ Alignment $\Rightarrow$ Mafft with Defaults} to 
2841 submit the visible portion of the alignment to MAFFT. When the web service job pane appears, 
2842 note that there are now two alignment job status panes shown in the window.}
2843 \exstep{When the MAFFT job has finished, compare the alignment of the N-terminal visible 
2844 region in the result with the corresponding region of the original alignment. If you wish, 
2845 select and hide a few more columns in the N-terminal region, and submit the alignment to the 
2846 service again and explore the effect of local alignment on the non-homologous parts of the 
2847 N-terminal region.} 
2848 }
2849
2850
2851 \subsection{Customising the Parameters used for Alignment}
2852
2853 JABA web services allow you to vary the parameters used when performing a
2854 bioinformatics analysis. For JABA alignment services, this means you are
2855 usually able to modify the following types of parameters:
2856 \begin{list}{$\bullet$}{}
2857 \item Amino acid or nucleotide substitution score matrix
2858 \item Gap opening and widening penalties
2859 \item Types of distance metric used to construct guide trees
2860 \item Number of rounds of re-alignment or alignment optimisation  
2861 \end{list}
2862
2863
2864 \subsubsection{Getting Help on the Parameters for a Service}
2865 Each parameter available for a method usually has a short description, which
2866 Jalview will display as a tooltip, or as a text pane that can be opened under
2867 the parameter's controls. In the parameter shown in Figure
2868 \ref{clustalwparamdetail}, the description was opened by selecting the button on the left hand side. Online help for the
2869 service can also be accessed, by right clicking the button and selecting a URL
2870 from the pop-up menu that will open.
2871
2872 \begin{figure}[htbp]
2873 \begin{center}
2874 \includegraphics[width=2.5in]{images/clustalwparamdetail.pdf}
2875 \caption{{\bf ClustalW parameter slider detail}. From the ClustalW {\sl Clustal $\Rightarrow$ Edit settings and run ...} dialog box. }
2876 \label{clustalwparamdetail}
2877 \end{center}
2878 \end{figure} 
2879
2880 \subsection{Alignment Presets}
2881 The different multiple alignment algorithms available from JABA vary greatly in
2882 the number of adjustable parameters, and it is often difficult to identify what
2883 are the best values for the sequences that you are trying to align. For these
2884 reasons, each JABA service may provide one or more presets -- which are
2885 pre-defined sets of parameters suited for particular types of alignment
2886 problem. For instance, the Muscle service provides the following presets:
2887 \begin{list}{$\bullet$}{}
2888 \item Large alignments (balanced)
2889 \item Protein alignments (fastest speed)
2890 \item Nucleotide alignments (fastest speed)
2891 \end{list}
2892
2893 The presets are displayed in the JABA web services submenu, and can also be
2894 accessed from the parameter editing dialog box, which is opened by selecting
2895 the `{\sl Edit settings and run ...}' option from the web services menu. If you have used
2896 a preset, then it will be mentioned at the beginning of the job status file shown
2897 in the web service job progress window.
2898
2899 \subsubsection{Alignment Service Limits}
2900 Multiple alignment is a computationally intensive calculation. Some JABA server
2901 services and service presets only allow a certain number of sequences to be
2902 aligned. The precise number will depend on the server that you are using to
2903 perform the alignment. Should you try to submit more sequences than a service
2904 can handle, then an error message will be shown informing you of the maximum
2905 number allowed by the server.
2906
2907 \subsection{User Defined Presets}
2908 Jalview allows you to create your own presets for a particular service. To do
2909 this, select the `{\sl Edit settings and run ...}' option for your service,
2910 which will open a parameter editing dialog box like the one shown in Figure
2911 \ref{jwsparamsdialog}.
2912
2913 The top row of this dialog allows you to browse the existing presets, and
2914 when editing a parameter set, allows you to change its nickname. As you
2915 adjust settings, buttons will appear at the top of the parameters dialog that
2916 allow you to Revert or Update the currently selected user preset with your changes, Delete the current preset, or Create a new preset, if none exists with the given name. In addition to the parameter set name, you can also provide a short
2917 description for the parameter set, which will be shown in the tooltip for the
2918 parameter set's entry in the web services menu.
2919
2920 \begin{figure}[htbc]
2921 \center{
2922 \includegraphics[width=3in]{images/jvaliwsparamsbox.pdf}
2923 \caption{{\bf Jalview's JABA alignment service parameter editing dialog box}.}
2924 \label{jwsparamsdialog} }
2925 \end{figure}
2926
2927 \subsubsection{Saving Parameter Sets}
2928 When creating a custom parameter set, you will be asked for a file name to save
2929 it. The location of the file is recorded in the Jalview user preferences in the
2930 same way as a custom alignment colourscheme, so when Jalview is launched again,
2931 it will show your custom preset amongst the options available for running the
2932 JABA service.
2933
2934
2935 % \exercise{Creating and using user defined presets}{\label{createandusepreseex}
2936 % \exstep{Import the file at
2937 % \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/fdx\_unaligned.fa} into jalview.}
2938 % \exstep{Use the `{\slDiscover Database Ids}' function to recover the PDB cross
2939 % references for the sequences.}
2940 % \exstep{Align the sequences using the default ClustalW parameters.}
2941 % \exstep{Use the `{\sl Edit and run..}'
2942 % option to open the ClustalW parameters dialog box, and create a new preset using
2943 % the following settings:
2944 % \begin{list}{$\bullet$}{}
2945 % \item BLOSUM matrix (unchanged)
2946 % \item Gap Opening and End Gap penalties = 0.05
2947 % \item Gap Extension and Separation penalties = 0.05
2948 % \end{list}
2949
2950 % As you edit the parameters, buttons will appear on the dialog box
2951 % allowing you revert your changes or save your settings as a new parameter
2952 % set.
2953
2954 % Before you save your settings, remeber to give them a meaningful name by editing
2955 % the text box at the top of the dialog box.
2956 % }
2957 % \exstep{Repeat the alignment using your new parameter set by selecting it from
2958 % the {\sl ClustalW Presets menu}.} 
2959 % \exstep{These sequences have PDB structures associated with them, so it is
2960 % possible to compare the quality of the alignments.
2961
2962 % Use the {\sl View all {\bf N}
2963 % structures} option to calculate the superposition of 1fdn on 1fxd for both
2964 % alignments (refer to section \ref{superposestructs} for instructions). Which
2965 % alignment gives the best RMSD ? }
2966 % \exstep{Apply the same alignment parameter settings to the example alignment
2967 % (available from \textsf{http://www.jalview.org/examples/uniref50.fa}). 
2968
2969 % Are there differences ? If not, why not ?
2970 % }
2971 % }
2972
2973 \section{Protein Alignment Conservation Analysis}
2974 \label{aacons}
2975 The {\sl Web Service $\Rightarrow$ Conservation} menu controls the computation
2976 of up to 17 different amino acid conservation measures for the current alignment
2977 view. The JABAWS AACon Alignment Conservation Calculation Service, which is used
2978 to calculate these scores, provides a variety of standard measures described by
2979 Valdar in 2002\footnote{Scoring residue conservation. Valdar (2002) {\sl
2980 Proteins: Structure, Function, and Genetics} {\bf 43} 227-241.} as well as an efficient implementation of the SMERFs
2981 score developed by Manning et al. in 2008.\footnote{SMERFS Score Manning et al. {\sl BMC
2982 Bioinformatics} 2008, {\bf 9} 51 \href{http://dx.doi.org/10.1186/1471-2105-9-51}{doi:10.1186/1471-2105-9-51}}
2983
2984 \subsubsection{Enabling and Disabling AACon Calculations}
2985 When the AACon Calculation entry in the {\sl Web Services $\Rightarrow$
2986 Conservation} menu is ticked, AACon calculations will be performed every time
2987 the alignment is modified. Selecting the menu item will enable or disable
2988 automatic recalculation.
2989
2990 \subsubsection{Configuring which AACon Calculations are Performed}
2991 The {\sl Web Services $\Rightarrow$ Conservation $\Rightarrow$ Change AACon
2992 Settings ...} menu entry will open a web services parameter dialog for the
2993 currently configured AACon server. Standard presets are provided for quick and
2994 more expensive conservation calculations, and parameters are also provided to
2995 change the way that SMERFS calculations are performed.
2996 AACon settings for an alignment are saved in Jalview projects along with the
2997 latest calculation results.
2998
2999 \subsubsection{Changing the Server used for AACon Calculations}
3000 If you are working with alignments too large to analyse with the public JABAWS
3001 server, then you will most likely have already configured additional JABAWS
3002 servers. By default, Jalview will chose the first AACon service available from
3003 the list of JABAWS servers available. If available, you can switch to use
3004 another AACon service by selecting it from the {\sl Web Services $\Rightarrow$
3005 Conservation $\Rightarrow$ Switch Server} submenu.
3006
3007 % TODO
3008 \section{Protein Secondary Structure Prediction}
3009 \label{protsspredservices}
3010 Protein secondary structure prediction is performed using the
3011 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
3012
3013 {\sl ``Jpred: A Consensus Secondary Structure Prediction Server''} Cuff, J. A.,
3014 Clamp, M. E., Siddiqui, A. S., Finlay, M. and Barton, G. J. (1998) {\sl
3015 Bioinformatics} {\bf 14}, 892-893} server at the University of
3016 Dundee\footnote{http://www.compbio.dundee.ac.uk/www-jpred/}. The behaviour of
3017 this calculation depends on the current selection:
3018 \begin{list}{$\circ$}{}
3019 \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.
3020 \begin{list}{-}{}
3021               \item If all rows are the same length (often due to the
3022               application of the {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps} option), then
3023               a JPred prediction will be run for the first sequence in the
3024               alignment, using the current alignment as the profile to use for prediction.
3025               \item  Otherwise, just the first sequence will be submitted for a
3026               full JPred prediction.
3027 \end{list}
3028 \item If just one sequence (or a region in one sequence) has been selected, it
3029 will be submitted to the automatic JPred prediction server for homolog detection
3030 and prediction.
3031 \item If a set of sequences are selected, and they appear to be aligned using
3032 the same criteria as above, then the alignment will be used for a JPred
3033 prediction on the first sequence in the set (that is, the one that appears first in the alignment window).
3034 \end{list}
3035 Jpred is launched in the same way as the other web services. Select {\sl Web
3036 Services $\Rightarrow$ Secondary Structure Prediction $\Rightarrow$ JNet
3037 Secondary Structure Prediction}\footnote{JNet is the Neural Network based
3038 secondary structure prediction method that the JPred server uses.} from the
3039 alignment window menu (Figure \ref{jpred}).
3040 A status window opens to inform you of the progress of the job. Upon completion, a new alignment window opens and the Jpred
3041 predictions are included as annotations. Consult the Jpred documentation for
3042 information on interpreting these results.
3043
3044 \begin{figure}[htbp]
3045 \begin{center}
3046 \includegraphics[width=2.25in]{images/jpred1.pdf}
3047 \includegraphics[width=3in]{images/jpred2.pdf}
3048 \caption{{\bf Secondary Structure Prediction} Status (left) and results (right) windows for JNet predictions. }
3049 \label{jpred}
3050 \end{center}
3051 \end{figure}
3052
3053 \subsubsection{Hidden Columns and JNet Predictions}
3054 \label{hcoljnet}
3055 Hidden columns can be used to exclude parts of a sequence or profile from the
3056 input sent to the JNet service. For instance, if a sequence is known to include
3057 a large loop insertion, hiding that section prior to submitting the JNet
3058 prediction can produce different results. In some cases, these secondary structure predictions can be more reliable for sequence on either side of the insertion\footnote{This, of course, cannot be guaranteed.}. Prediction results returned from the service will
3059 be mapped back onto the visible parts of the sequence, to ensure a single frame
3060 of reference is maintained in your analysis.
3061
3062 \exercise{Secondary Structure Prediction}{
3063 \label{secstrpredex}
3064 \exstep{ Open the alignment at \url{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. Select the sequence {\sl FER\_MESCR} by clicking on the sequence ID. Then select {\sl Web Services $\Rightarrow$ Secondary Structure Prediction $\Rightarrow$ JNet Secondary Structure Prediction} from the alignment window menu. A status window will appear and after some time (about 2-4 min) a new window with the JPred prediction will appear. Note that the number of sequences in the results window is many more than in the original alignment as JNet performs a PSI-BLAST search to expand the prediction dataset.
3065 }
3066 % TODO: check how long this takes - about 2 mins once it gets on the cluster.
3067 \exstep{
3068 Select a different sequence and perform a JNet prediction in the same way. There will probably be minor differences in the predictions.
3069 }
3070 \exstep{
3071 Select the second sequence prediction, and copy and paste it into the first
3072 prediction window. You can now compare the two predictions. Jnet secondary structure prediction annotations are examples of {\bf sequence-associated alignment annotation}.
3073 % which is described in Section \ref{seqassocannot} below.
3074 }
3075 \exstep{
3076 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. 
3077 }
3078 \exstep{
3079 When you get the result, verify that the prediction has not been made for the
3080 hidden parts of the profile, and that the JPred reliability scores differ from the prediction made on the full profile.
3081
3082 {\sl Note: you may want to keep this data for use in exercise \ref{viewannotfileex}.}
3083 }
3084 \exstep{
3085 In the original alignment that you loaded in step 1, {\bf select all} sequences,
3086 then open the {\bf Sequence ID $\Rightarrow$ Selection } submenu and select the
3087 {\bf Add Reference Annotation} option.
3088
3089 The JNet predictions for the sequences should now be visible in the original
3090 alignment.} }
3091
3092 \section{Protein Disorder Prediction}
3093 \label{protdisorderpred}
3094
3095 Disordered regions in proteins were classically thought to correspond to
3096 ``linkers'' between distinct protein domains, but disorder can also play a role in
3097 function. The {\sl Web Services $\Rightarrow$ Disorder} menu in the alignment window
3098 allows access to protein disorder prediction services provided by the configured
3099 JABAWS servers. 
3100
3101 \subsection{Disorder Prediction Results}
3102 Each service operates on sequences in the alignment to identify regions likely
3103 to be unstructured or flexible, or alternately, fold to form globular domains.
3104 As a consequence, disorder predictor results include both sequence features and
3105 sequence associated alignment annotation rows. Section \ref{featannot} describes
3106 the manipulation and display of these data in detail, and {\bf Figure
3107 \ref{alignmentdisorder}} demonstrates how sequence feature shading and
3108 thresholding (described in Section \ref{featureschemes}) can be used to
3109 highlight differences in disorder prediction across aligned sequences.
3110
3111 \begin{figure}[htbp]
3112 \begin{center}
3113 \includegraphics[width=5in]{images/disorderpred.pdf}
3114 \caption{{\bf Shading alignment by sequence disorder}. Alignment of Interleukin IV homologs coloured with Blosum62 with protein disorder prediction sequence features overlaid, shaded according to their score. Borderline disordered regions appear white, reliable predictions are either Green or Brown depending on the type of disorder prediction. }
3115 \label{alignmentdisorder}
3116 \end{center}
3117 \end{figure}
3118
3119 \subsubsection{Navigating Large Sets of Disorder Predictions}
3120
3121 {\bf Figure \ref{alignmentdisorderannot}} shows a single sequence annotated with
3122 a range of disorder predictions. Disorder prediction annotation rows are
3123 associated with a sequence in the same way as secondary structure prediction
3124 results. When browsing an alignment containing large numbers of disorder
3125 prediction annotation rows, clicking on the annotation row label will highlight
3126 the associated sequence in the alignment display, and double clicking will
3127 select that sequence.
3128
3129 \begin{figure}[htbp]
3130 \begin{center}
3131 \includegraphics[width=5in]{images/disorderpredannot.pdf}
3132 \caption{{\bf Annotation rows for several disorder predictions on a sequence}. A
3133 zoomed out view of a prediction for a single sequence. The sequence is shaded to highlight disordered regions (brown and grey), and the line plots below the Sequence show the raw scores for various disorder predictors. Horizontal lines on each graph mark the level at which disorder predictions become significant. }
3134 \label{alignmentdisorderannot}
3135 \end{center}
3136 \end{figure}
3137
3138
3139 \subsection{Disorder Predictors provided by JABAWS 2.0}
3140 For full details of each predictor and the results that Jalview can display,
3141 please consult
3142 \href{http://www.jalview.org/help/html/webServices/proteinDisorder.html}{Jalview's
3143 protein disorder service documentation}. Short descriptions of the methods provided in JABAWS 2.0 are given below:
3144
3145 \subsubsection{DisEMBL}
3146 \href{http://dis.embl.de/}{DisEMBL (Linding et al., 2003)} is a set of machine-learning based predictors trained to
3147 recognise disorder-related annotation found on PDB structures.
3148
3149 \textbf{COILS} Predicts
3150 loops/coils according to DSSP
3151 definitions\footnote{DSSP Classifications of secondary structure are: $\alpha$-helix (H), 310-helix (G), $\beta$-strand (E)
3152 are ordered, and all other states ($\beta$-bridge (B), $\beta$-turn (T), bend (S),
3153 $\pi$-helix (I), and coil (C)) considered loops or coils.}. Features mark range(s) of
3154 residues predicted as loops/coils, and annotation row gives raw value
3155 for each residue. Value over 0.516 indicates loop/coil.
3156
3157 \textbf{HOTLOOPS} constitute a refined subset of \textbf{COILS}, namely those loops with
3158 a high degree of mobility as determined from C$\alpha$ temperature factors (B
3159 factors). It follows that highly dynamic loops should be considered
3160 protein disorder. Features mark range(s) of residues predicted to
3161 be hot loops and annotation row gives raw value for each
3162 residue. Values over 0.6 indicates hot loop.
3163
3164 \textbf{REMARK465} ``Missing
3165 coordinates in X-ray structure as defined by remark465 entries in PDB.
3166 Nonassigned electron densities most often reflect intrinsic disorder,
3167 and have been used early on in disorder prediction.'' Features give
3168 range(s) of residues predicted as disordered, and annotation rows gives
3169 raw value for each residue. Values over 0.1204 indicates disorder.
3170
3171 \subsubsection{RONN {\sl a.k.a.} Regional Order Neural Network}
3172 \href{http://www.strubi.ox.ac.uk/RONN}{RONN} employs an approach
3173 known as the `bio-basis' method to predict regions of disorder in
3174 sequences based on their local similarity with a gold-standard set of
3175 disordered protein sequences. It yields a set of disorder prediction
3176 scores, which are shown as sequence annotation below the alignment.
3177
3178 \textbf{JRonn}\footnote{JRonn denotes the score for this server because JABAWS
3179 runs a Java port of RONN developed by Peter Troshin and distributed as
3180 part of \href{http://www.biojava.org/}{Biojava 3}} Annotation Row gives RONN score for each residue in
3181 the sequence. Scores above 0.5 identify regions of the protein likely
3182 to be disordered.
3183
3184 \subsubsection{IUPred}
3185 \href{http://iupred.enzim.hu/Help.php}{IUPred} employs
3186 an empirical model to estimate likely regions of disorder. There are
3187 three different prediction types offered, each using different
3188 parameters optimized for slightly different applications. It provides
3189 raw scores based on two models for predicting regions of `long
3190 disorder' and `short disorder'. A third predictor identifies regions
3191 likely to form structured domains.
3192
3193 \textbf{Long disorder} Annotation rows predict
3194 context-independent global disorder that encompasses at least 30
3195 consecutive residues of predicted disorder. A 100 residue
3196 window is used for calculation. Values above 0.5 indicates the residue is
3197 intrinsically disordered.
3198
3199 \textbf{Short disorder} Annotation rows predict for short, (and
3200 probably) context-dependent, disordered regions, such as missing
3201 residues in the X-ray structure of an otherwise globular protein.
3202 Employs a 25 residue window for calculation, and includes adjustment
3203 parameter for chain termini which favors disorder prediction at the
3204 ends. Values above 0.5 indicate short-range disorder.
3205
3206 \textbf{Structured domains} are marked with sequence Features. These highlight
3207 likely globular domains useful for structure genomics investigation. Post-analysis of disordered region profile to find continuous regions
3208 confidently predicted to be ordered. Neighbouring regions close to
3209 each other are merged, while regions shorter than the minimal domain
3210 size of at least 30 residues are ignored.
3211
3212 \subsubsection{GLOBPLOT}
3213 \href{http://globplot.embl.de/}{GLOBPLOT} defines regions of
3214 globularity or natively unstructured regions based on a running sum of
3215 the propensity of residues to be structured or unstructured. The
3216 propensity is calculated based on the probability of each amino acid
3217 being observed within well defined regions of secondary structure or
3218 within regions of random coil. The initial signal is smoothed with a
3219 Savitzky-Golay filter, and its first order derivative
3220 computed. Residues for which the first order derivative is positive
3221 are designated as natively unstructured, whereas those with negative
3222 values are structured.
3223
3224 {\bf Disordered region} sequence features are created marking mark range(s) of residues with positive first order derivatives, and 
3225 \textbf{Globular Domain} features mark long stretches of order. \textbf{Dydx} annotation rows gives the first order derivative of smoothed score. Values above 0 indicates
3226 residue is disordered. 
3227
3228 \textbf{Smoothed Score and Raw Score} annotation rows give the smoothed and raw scores used to create the differential signal that
3229 indicates the presence of unstructured regions. These are hidden
3230 by default, but can be shown by right-clicking on the alignment
3231 annotation panel and selecting \textbf{Show hidden annotation}.
3232
3233 \exercise{Protein Disorder Prediction}{
3234 \label{protdispredex}
3235
3236 \exstep{Open the alignment at
3237 \url{http://www.jalview.org/tutorial/interleukin7.fa}. } also available  at
3238
3239
3240 \url{http://www.jalview.org/tutorial/training-materials/2014/Dundee/Oct/interleukin7.fa}
3241
3242 \exstep{Run the DisEMBL disorder predictor {\slvia} the {\slWeb Services
3243 $\Rightarrow$ Disorder Prediction } submenu.}
3244
3245 \exstep{Use {\sl Sequence ID $\Rightarrow$ Structure $\Rightarrow$ Discover PDB
3246 IDs} to retrieve all the PDB structures for the sequences.}
3247
3248 \exstep{Open and align
3249 the structures for all sequences.
3250
3251 {\sl Hint: see \ref{viewAllStructures} to see how to do this.}}
3252
3253 \exstep{Compare the disorder predictions to the structure data by mapping any
3254 available temperature factors to the alignment {\sl via} the {\sl Sequence ID
3255 Popup $\Rightarrow$ Selection $\Rightarrow$ Add reference annotation} option.}
3256
3257 \exstep{Apply the IUPred disorder prediction method} 
3258 \exstep{Use the {\sl Per
3259 sequence option} in the {\sl Colour $\Rightarrow$ By annotation \ldots} dialog to shade
3260 the sequences by the long and short disorder predictors.
3261 Do the two methods agree with the structure ?}}
3262
3263 \section{Features and Annotation}
3264 \label{featannot}
3265 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. 
3266
3267 Annotations are shown below the alignment in the annotation panel, and often reflect properties of the alignment as a whole.  The Conservation, Consensus and Quality scores are examples of dynamic annotation, so as the alignment changes, they change along with it. Conversely, sequence features are properties of the individual sequences, so they do not change with the alignment, but are shown mapped on to specific residues within the alignment. 
3268
3269 Features and annotation can be interactively created, or retrieved from external
3270 data sources. DAS (the Distributed Annotation System) is the primary source of
3271 sequence features, whilst webservices like JNet (see \ref{jpred} above) can be used to analyse a given sequence or alignment and generate annotation for it.
3272
3273
3274 \subsection{Creating Sequence Features}
3275 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.
3276
3277 \begin{figure}[htbp]
3278 \begin{center}
3279 \includegraphics[width=2in]{images/feature1.pdf}
3280 \includegraphics[width=2.5in]{images/feature2.pdf}
3281 \includegraphics[width=1.5in]{images/feature3.pdf}
3282 \caption{{\bf Creating sequence features.} Features can readily be created from selections via the context menu and are then displayed on the sequence. }
3283 \label{features}
3284 \end{center}
3285 \end{figure}
3286
3287 Creation of features from a selection spanning multiple sequences results in the creation of one feature per sequence. 
3288 Each feature remains associated with its own sequence.
3289
3290 \subsection{Customising Feature Display}
3291
3292 Feature display can be toggled on or off by selecting the {\sl View
3293 $\Rightarrow$ Show Sequence Features} menu option. When multiple features are
3294 present it is usually necessary to customise the display. Jalview allows the
3295 display, colour, rendering order and transparency of features to be modified
3296 {\sl via} the {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} menu option. This
3297 brings up a dialogue window (Figure \ref{custfeat}) which allows the
3298 visibility of individual feature types to be selected, colours changed (by
3299 clicking on the colour of each sequence feature type) and the rendering order
3300 modified by dragging feature types to a new position in the list. Dragging the
3301 slider alters the transparency of the feature rendering. The Feature
3302 Settings dialog also includes functions for more advanced feature shading
3303 schemes and buttons for sorting the alignment according to the distribution of
3304 features. These capabilities are described further in sections
3305 \ref{featureschemes} and \ref{featureordering}.
3306
3307 \begin{figure}[htbp]
3308 \begin{center}
3309 \includegraphics[width=4in]{images/features4.pdf}
3310 \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.}
3311 \end{center}
3312 \end{figure}
3313
3314 \begin{figure}[htbp]
3315 \begin{center}
3316 \includegraphics[width=4in]{images/features5.pdf}
3317 \caption{{\bf Customising sequence features.} Features can be recoloured, switched on or off and have the rendering order changed. }
3318 \label{custfeat}
3319 \end{center}
3320 \end{figure}
3321
3322 \subsection{Sequence Feature File Formats}
3323
3324 Jalview supports the widely used GFF tab delimited format\footnote{see
3325 http://www.sanger.ac.uk/resources/software/gff/spec.html} and its own Jalview
3326 Features file format for the import of sequence annotation. Features and
3327 alignment annotation are also extracted from other formats such as Stockholm,
3328 and AMSA. URL links may also be attached to features. See the online
3329 documentation for more details of the additional capabilities of the Jalview
3330 features file.
3331
3332 \exercise{Creating Features}{
3333 \exstep{Open the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. 
3334 We know that the Cysteine residues at columns 97, 102, 105 and 135 are involved in 
3335 iron binding so we will create them as features. Navigate to column 97, sequence 1. 
3336 Select the entire column by clicking in the ruler bar. Then right-click on the selection 
3337 to bring up the context menu and select {\sl Selection $\Rightarrow$ Create Sequence Feature}. 
3338 A dialogue box will appear.
3339 }
3340 \exstep{
3341 Enter a suitable Sequence Feature Name  (e.g. ``Iron binding site") in the
3342 appropriate box. Click on the Feature Colour bar to change the colour if
3343 desired, add a short description (``One of four Iron binding Cysteines") and press OK. The features will then appear on the sequences. } \exstep{Roll the mouse cursor over the new features. Note that the position given in the tool tip is the residue number, not the column number.  To demonstrate that there is one feature per sequence, clear all selections by pressing [ESC] then insert a gap in sequence 3 at column 95. Roll the mouse over the features and you will see that the feature has moved with the sequence. Delete the gap you created.
3344 }
3345 \exstep{
3346 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.}
3347 \exstep{Select {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} from the
3348 alignment window menu. The Sequence Feature Settings window will appear. Move
3349 this so that you can see the features you have just created. Click the check
3350 box for ``Iron binding site"  under {\sl Display} and note that display of this
3351 feature type is now turned off. Click it again and note that the features are
3352 now displayed. Close the sequence feature settings box by clicking OK or
3353 Cancel.} }
3354
3355 \subsection{Creating User Defined Annotation}
3356
3357 Annotations are properties that apply to the alignment as a whole and are visualized on rows in the annotation panel.
3358 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.
3359
3360 \begin{figure}[htbp]
3361 \begin{center}
3362 \includegraphics[width=1.3in]{images/annots1.pdf}
3363 \includegraphics[width=2in]{images/annots2.pdf}
3364 \caption{{\bf Creating a new annotation row.} Annotation rows can be reordered by dragging them to the desired place.}
3365 \label{newannotrow}
3366 \end{center}
3367 \end{figure}
3368
3369 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.
3370
3371 \begin{figure}[htbp]
3372 \begin{center}
3373 \includegraphics[width=2in]{images/annots3.pdf}
3374 \includegraphics[width=2in]{images/annots4.pdf}
3375 \includegraphics[width=2in]{images/annots5.pdf}
3376 \caption{{\bf Creating a new annotation.} Annotations are created from a selection on the annotation row and can be coloured as desired.}
3377 \label{newannot}
3378 \end{center}
3379 \end{figure}
3380
3381 \exercise{Annotating Alignments}{
3382 \exstep{Load the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. 
3383 Right-click on the {\sl Conservation} annotation row to
3384 bring up the context menu and select {\sl Add New Row}. A dialogue box will appear asking for  {\sl Label for annotation}. 
3385 Enter ``Iron binding site" and click OK. A new, empty, row appears.
3386 }
3387 \exstep{
3388 Navigate to column 97. Move down and on the new annotation row called
3389 ``Iron binding site, select column 97.
3390 Right click at this selection and select {\sl Label} from the context menu.
3391 Enter ``Fe" in the box and click OK. Right-click on the selection again and select {\sl Colour}. 
3392 Choose a colour from the colour chooser dialogue 
3393 and click OK. Press [ESC] to remove the selection.
3394 }
3395 \exstep{ Select columns 70-77 on the annotation row. Right-click and choose {\sl Sheet} from the
3396  context menu. You will be prompted for a label. Enter ``B" and press OK. A new line showing the 
3397  sheet as an arrow appears. The colour of the label can be changed but not the colour of the sheet 
3398  arrow. 
3399 }
3400 \exstep{Right click on the title text of annotation row that you just created. 
3401 Select {\sl Export Annotation} and, in the {\bf Export Annotation} dialog box that will open, select the Jalview format and click 
3402 the [To Textbox] button. 
3403
3404 The format for this file is given in the Jalview help. Press [F1] to open it, and find 
3405 the ``Annotations File Format'' entry in the ``Alignment Annotations'' section of the contents 
3406 pane. }
3407
3408 \exstep{Export the file to a text editor and edit the file to change the name of the annotation 
3409 row. Save the file and drag it onto the alignment view.}
3410 \exstep{Try to add an additional helix somewhere along the row by editing the file and 
3411 re-importing it.
3412 {\sl Hint: Use the {\bf Export Annotation} function to view what helix annotation looks like in 
3413 a Jalview annotation file.}}
3414 \exstep{Use the {\sl Alignment Window $\Rightarrow$ File $\Rightarrow$ Export Annotations...} 
3415 function to export all the alignment's annotation to a file.}
3416 \exstep{Open the exported annotation in a text editor, and use the {\bf Annotation File Format} 
3417 documentation to modify the style of the Conservation, Consensus and Quality annotation rows so 
3418 they appear as several lines on a single line graph.
3419 {\sl Hint: You need to change the style of annotation row in the first field of the annotation 
3420 row entry in the file, and create an annotation row grouping to overlay the three quantitative 
3421 annotation rows.}
3422 }
3423 \label{viewannotfileex}\exstep{Recover or recreate the secondary structure
3424 prediction that you made in exercise \ref{secstrpredex}. Use the {\sl File $\Rightarrow$ Export 
3425 Annotation} function to view the Jnet secondary structure prediction annotation row. Note the 
3426 {\bf SEQUENCE\_REF} statements surrounding the row specifying the sequence association for the 
3427 annotation. } }
3428
3429 \section{Importing Features from Databases}
3430 \label{featuresfromdb}
3431 Jalview supports feature retrieval from public databases either directly or {\sl
3432 via} the Distributed Annotation System (DAS\footnote{http://www.biodas.org/}).
3433 It includes built in parsers for Uniprot and ENA (or EMBL) records retrieved
3434 from the EBI. Sequences retrieved from these sources using the sequence fetcher (see
3435 Section \ref{fetchseq}) will already possess features.
3436
3437 \subsection{Sequence Database Reference Retrieval}
3438 \label{fetchdbrefs}
3439 Jalview maintains a list of external database references for each sequence in
3440 an alignment. These are listed in a tooltip when the mouse is moved over the
3441 sequence ID when the {\sl View $\Rightarrow$ Sequence ID Tooltip $\Rightarrow$
3442 Show Database Refs } option is enabled. Sequences retrieved using the sequence
3443 fetcher will always have at least one database reference, but alignments
3444 imported from an alignment file generally have no database references.
3445
3446 \subsubsection{Database References and Sequence Coordinate Systems}
3447
3448 Jalview displays features in the local sequence's coordinate system which is
3449 given by its `start' and `end'. Any sequence features on the sequence will be
3450 rendered relative to the sequence's start position. If the start/end positions
3451 do not match the coordinate system from which the features were defined, then
3452 the features will be displayed incorrectly.
3453
3454 \subsubsection{Viewing and Exporting a Sequence's Database Annotation}
3455
3456 You can export all the database cross references and annotation terms shown in
3457 the sequence ID tooltip for a sequence by right-clicking and selecting the {\sl
3458 [Sequence ID] $\Rightarrow$ Sequence details \ldots} option from the popup menu.
3459 A similar option is provided in the {\sl Selection} sub-menu allowing you to
3460 obtain annotation for the sequences currently selected. 
3461
3462 \parbox[l]{3.4in}{
3463 The {\sl Sequence Details
3464 \ldots} option will open a window containing the same text as would be shown in
3465 the tooltip window, including any web links associated with the sequence. The
3466 text is HTML, and options on the window allow the raw code to be copied and
3467 pasted into a web page.}
3468 \parbox[c]{3in}{
3469 \centerline{\includegraphics[width=2.2in]{images/seqdetailsreport.pdf}}}
3470
3471 \subsubsection{Automatically Discovering a Sequence's Database References}
3472 Jalview includes a function to automatically verify and update each sequence's
3473 start and end numbering against any of the sequence databases that the {\sl
3474 Sequence Fetcher} has access to. This function is accessed from the {\sl
3475 Webservice $\Rightarrow$ Fetch DB References} sub-menu in the Alignment
3476 window. This menu allows you to query either the set of {\sl Standard
3477 Databases}, which includes EMBL, Uniprot, the PDB, and the currently selected
3478 DAS sequence sources, or just a specific datasource from one of the submenus.
3479 When one of the entries from this menu is selected, Jalview will use the ID
3480 string from each sequence in the alignment or in the currently selected set to
3481 retrieve records from the external source. Any sequences that are retrieved are
3482 matched against the local sequence, and if the local sequence is found to be a
3483 sub-sequence of the retrieved sequence then the local sequence's start/end
3484 numbering is updated.  A new database reference mapping is created, mapping the
3485 local sequence to the external database, and the local sequence inherits any
3486 additional annotation retrieved from the database sequence.
3487
3488 The database retrieval process terminates when a valid mapping is found for a
3489 sequence, or if all database queries failed to retrieve a matching sequence.
3490 Termination is indicated by the disappearance of the moving progress indicator
3491 on the alignment window. A dialog box may be shown once it completes which
3492 lists sequences for which records were found, but the sequence retrieved from
3493 the database did not exactly contain the sequence given in the alignment (the
3494 {\sl ``Sequence not 100\% match'' dialog box}).
3495
3496 \exercise{Retrieving Database References}{
3497 \exstep{Load the example alignment at http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}
3498 \exstep{Verify that there are no database references for the sequences by first
3499 checking that the {\sl View $\Rightarrow$ Sequence ID Tooltip $\Rightarrow$ Show
3500 Database Refs} option is selected, and then mousing over each sequence's ID.}
3501 \exstep{Use the {\sl Webservice $\Rightarrow$ Fetch DB References} menu option to retrieve database IDs for the sequences.}
3502 \exstep{Examine the tooltips for each sequence in the alignment as the retrieval progresses - note the appearance of new database references.}
3503 \exstep{Once the process has finished, save the alignment as a Jalview Project.}
3504 \exstep{Now close all the windows and open the project again, and verify that the database references and sequence features are still present on the alignment}
3505
3506 \exstep{View the {\sl Sequence details \ldots} report for the FER1\_SPIOL sequence and for the whole alignment. Which sequences have web links associated with them ?}
3507
3508 }
3509
3510 \subsection{Retrieving Features {\sl via} DAS}
3511 \label{dasfretrieval}
3512 Jalview includes a client to retrieve features from DAS annotation servers. To
3513 retrieve features, select {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} from the alignment window menu. Select the {\sl DAS Settings} tab in the Sequence Feature Settings Window (Figure \ref{das}). A list of DAS sources compiled from the currently configured DAS registry\footnote{By default, this will be the major public DAS server registry maintained by the Sanger Institute: http://www.dasregistry.org} is shown in the left hand pane. Highlighting an entry on the left brings up information about that source in the right hand panel.
3514
3515 \begin{figure}[htbp]
3516 \begin{center}
3517 \includegraphics[width=2.5in]{images/das1.pdf}
3518 \includegraphics[width=2.5in]{images/das2.pdf}
3519 \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).}
3520 \label{das}
3521 \end{center}
3522 \end{figure}
3523
3524 Select appropriate DAS sources as required then click on {\sl Fetch DAS
3525 Features}. If you know of additional sources not listed in the configured
3526 registry, then you may add them with the {\sl Add Local Source} button. Use
3527 the {\sl Authority},{\sl Type}, and {\sl Label} filters to restrict the list
3528 of sources to just those that will return features for the sequences in the
3529 alignment.
3530
3531 Following DAS feature retrieval, the {\sl Feature Settings} panel takes on a
3532 slightly different appearance (Figure \ref{das} (right)). Each data source is
3533 listed and groups of features from one data source can be selected/deselected
3534 by checking the labelled box at the top of the panel.
3535
3536
3537 \subsubsection{The Fetch Uniprot IDs Dialog Box}
3538 \label{discoveruniprotids}
3539 If any sources are selected which refer to Uniprot coordinates as their reference system, then you may be asked if you wish to retrieve Uniprot IDs for your sequence. Pressing OK instructs Jalview to verify the sequences against Uniprot records retrieved using the sequence's ID string. This operates in much the same way as the {\sl Web Service $\Rightarrow$ Fetch Database References } function described in Section \ref{fetchdbrefs}. If a sequence is verified, then the start/end numbering will be adjusted to match the Uniprot record to ensure that features retrieved from the DAS source are rendered at the correct position. 
3540
3541 \subsubsection{Rate of Feature Retrieval}
3542 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.
3543
3544
3545 \exercise{Retrieving Features with DAS}{
3546 \label{dasfeatretrexcercise}
3547 \exstep{Load the alignment at
3548 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}.  Select {\sl View
3549 $\Rightarrow$ Feature Settings \ldots} from the alignment window menu. Select
3550 the {\sl DAS Settings} tab. A long list of available DAS sources is listed. 
3551 Select a small number, eg Uniprot, DSSP, signalP and netnglyc. Click. 
3552 A window may prompt whether you wish Jalview to fetch DAS features. Click {\sl
3553 Yes}.
3554 Jalview will start retrieving features. As features become available they will be mapped onto the alignment. } 
3555 \exstep{If Jalview is taking too long to retrieve features, the process can be cancelled with the {\sl Cancel Fetch} button. 
3556 Rolling the mouse cursor over the sequences reveals a large number of features annotated in the tool tip. 
3557 Close the Sequence Feature Settings window. }
3558 \exstep{Move the mouse over the sequence ID panel. 
3559 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.}
3560 \exstep{Search through the alignment to find a feature with a link symbol next to it. 
3561 Right click to bring up the alignment view popup menu, and find a corresponding entry in the {\sl Link } sub menu. }
3562 % TODO this doesn't work ! \includegraphics[width=.3in]{images/link.pdf}
3563
3564 \exstep{
3565 Select {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} to reopen the Feature Settings window. All the loaded feature types should now be displayed. Those at the top of the list are drawn on top of those below, obscuring them in the alignment view where they overlap. Move the feature settings window so that the alignment is visible and uncheck some of the feature types by clicking the tick box in the display column. Observe how the alignment display changes. Note that unselected feature types do not appear in the tool tip.
3566 }
3567 \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.
3568 }
3569
3570 \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.}
3571
3572 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Export Features\ldots} from the Alignment window. You can choose to export the retrieved features as a GFF file, or Jalview's own Features format. 
3573 % TODO: describe working with features files and GFF
3574 }
3575 }
3576
3577 \subsection{Colouring Features by Score or Description
3578 Text}
3579 \label{featureschemes}
3580 Sometimes, you may need to visualize the differences in information carried by
3581 sequence features of the same type. This is most often the case when features
3582 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
3583 features using a graduated colourscheme in order to highlight these variations.
3584 In order to apply a graduated scheme to a feature type, select the `Graduated
3585 colour' entry in the Sequence {\sl Feature Type}'s popup menu, which is opened by
3586 right-clicking the {\sl Feature Type} or {\sl Color} in the {\sl Sequence Feature Settings} dialog box. Two types
3587 of colouring styles are currently supported: the default is quantitative
3588 colouring, which shades each feature based on its score, with the highest
3589 scores receiving the `Max' colour, and the lowest scoring features coloured
3590 with the `Min' colour. Alternately, you can select the `Colour by label'
3591 option to create feature colours according to the description text associated
3592 with each feature. This is useful for general feature types - such as
3593 Uniprot's `DOMAIN' feature - where the actual type of domain is given in the
3594 feature's description.
3595
3596 Graduated feature colourschemes can also be used to exclude low or
3597 high-scoring features from the alignment display. This is done by choosing your
3598 desired threshold type (either above or below), using the drop-down menu in the
3599 dialog box. Then, adjust the slider or enter a value in the text box to set the
3600 threshold for displaying this type of feature.
3601
3602 The feature settings dialog box allows you to toggle between a graduated and
3603 simple feature colourscheme using the pop-up menu for the feature type. When a
3604 graduated scheme is applied, it will be indicated in the colour column for
3605 that feature type - with coloured blocks or text to indicate the colouring
3606 style and a greater than ($>$) or less than ($<$) symbol to indicate when a
3607 threshold has been defined.
3608
3609 \subsection{Using Features to Re-order the Alignment}
3610 \label{featureordering}
3611 The presence of sequence features on certain sequences or in a particular
3612 region of an alignment can quantitatively identify important trends in
3613 the aligned sequences. In this case, it is more useful to
3614 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
3615 dialog box provides two buttons: `Seq sort by Density' and `Seq sort by
3616 Score', that allow you to reorder the alignment according to the number of
3617 sequence features present on each sequence, and also according to any scores
3618 associated with a feature. Each of these buttons uses the currently displayed
3619 features to determine the ordering, but
3620 if you wish to re-order the alignment using a single type of feature, then you can do this from the {\sl Feature Type}'s
3621 popup menu. Simply right-click the type's style in the Sequence Feature Settings dialog
3622 box, and select one of the {\sl Sort by Score} and {\sl Sort by Density}
3623 options to re-order the alignment. Finally, if a specific region is selected,
3624 then only features found in that region of the alignment will be used to
3625 create the new alignment ordering.
3626
3627 % \exercise{Shading and Sorting Alignments using Sequence Features}{
3628 % \label{shadingorderingfeatsex}
3629
3630 % This exercise is currently not included in the tutorial because no DAS servers
3631 % currently exist that yield per-residue features for any Uniprot sequence. 
3632
3633 % \exstep{Re-load the alignment from \ref{dasfeatretrexcercise}.
3634 % }
3635 % \exstep{Open the
3636 % feature settings panel, and, after first clearing the current
3637 % selection, press the {\em Seq Sort by Density} button a few times.}
3638 % \exstep{Use the DAS fetcher to retrieve the Kyte and Doolittle Hydrophobicity
3639 % scores for the protein sequences in the alignment.
3640 % {\sl Hint: the nickname for the das source is `KD$\_$hydrophobicity'.}}
3641 % \exstep{Change the feature settings so only the hydrophobicity features are
3642 % displayed. Mouse over the annotation and also export and examine the GFF and
3643 % Jalview features file to better understand how the hydrophobicity measurements
3644 % are recorded.}
3645 % \exstep{Apply a {\sl Graduated Colour} to the hydrophobicity annotation to
3646 % reveal the variation in average hydrophobicity across the alignment.}
3647 % \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
3648 % hydrophobicity.}
3649 % \exstep{Save the alignment as a project, for use in exercise
3650 % \ref{threshgradfeaturesex}.} }
3651
3652 % \exercise{Shading alignments with combinations of graduated feature
3653 % colourschemes}{
3654 % \label{threshgradfeaturesex}
3655 % \exstep{Reusing the annotated alignment from exercise
3656 % \ref{shadingorderingfeatsex}, experiment with the colourscheme threshold to
3657 % highlight the most, or least hydrophobic regions. Note how the {\sl Colour} icon for the {\sl Feature Type} changes when you change the threshold type and press OK.}
3658 % \exstep{Change the colourscheme so
3659 % that features at the threshold are always coloured grey, and the most
3660 % hydrophobic residues are coloured red, regardless of the threshold value
3661 % ({\em hint - there is a switch on the dialog to do this for you}).}
3662 % \exstep{Enable the Uniprot {\em chain} annotation in the feature settings
3663 % display and re-order the features so it is visible under the hydrophobicity
3664 % annotation.}
3665 % \exstep{Apply a {\sl Graduated Colour} to the {\em chain}
3666 % annotation so that it distinguishes the different canonical names associated
3667 % with the mature polypeptide chains.}
3668 % \exstep{Export the alignment's sequence features using the Jalview and GFF file formats, to see how the different types of graduated feature
3669 % colour styles are encoded. }
3670 % }
3671 \section{Working with DNA}
3672 \label{workingwithnuc}
3673 Jalview was originally developed for the analysis of protein sequences, but
3674 now includes some specific features for working with nucleic acid sequences
3675 and alignments. Jalview recognises nucleotide sequences and alignments based on
3676 the presence of nucleotide symbols [ACGT] in greater than 85\% of the
3677 sequences. Built in codon-translation tables can be used to translate ORFs
3678 into peptides for further analysis. EMBL nucleotide records retrieved {\sl via} the
3679 sequence fetcher (see Section \ref{fetchseq}) are also parsed in order to
3680 identify codon regions and extract peptide products. Furthermore, Jalview
3681 records mappings between protein sequences that are derived from regions of a
3682 nucleotide sequence. Mappings are used to transfer annotation between
3683 nucleic acid and protein sequences, and to dynamically highlight regions in
3684 one sequence that correspond to the position of the mouse pointer in another.
3685 %TODO Working with Nucleic acid sequences and structures.
3686 \subsection{Alignment and Colouring}
3687
3688 Jalview provides a simple colourscheme for DNA bases, but does not apply any
3689 specific conservation or substitution score model for the shading of
3690 nucleotide alignments. However, pairwise alignments performed using the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Pairwise Alignment
3691 \ldots} option will utilise an identity score matrix to calculate alignment
3692 score when aligning two nucleotide sequences.
3693
3694 \subsubsection{Aligning Nucleic Acid Sequences}
3695
3696 Jalview has limited knowledge of the capabilities of the programs that
3697 are made available to it {\sl via} web services, so it is up to you, the user,
3698 to decide which service to use when working with nucleic acid sequences. The
3699 table shows which alignment programs are most appropriate
3700 for nucleotide alignment. Generally, all will work, but some may be more suited
3701 to your purposes than others. We also note that none of these include
3702 support for taking RNA secondary structure prediction into account when aligning
3703 sequences (but will be providing services for this in the future!) 
3704 \begin{table}{}
3705 \centering
3706 \begin{tabular}{|l|c|l|}
3707 \hline
3708 Program& NA support& Notes\\
3709 \hline
3710 ClustalW& Yes&\begin{minipage}[f]{3in}
3711 Default is to autodetect nucleotide
3712 sequences. Editable parameters include nucleotide substitution matrices and
3713 distance metrics.
3714 \end{minipage}
3715
3716 \\
3717 \hline
3718
3719 Muscle& Yes (treat U as T)&\begin{minipage}[f]{3in}
3720 Default is to autodetect nucleotide
3721 sequences. Editable parameters include nucleotide substitution matrices and
3722 distance metrics.
3723 \end{minipage}
3724
3725 \\
3726 \hline
3727
3728 MAFFT& Yes&\begin{minipage}[f]{3in}
3729 Will autodetect nucleotide sequences and use a hardwired substitution model
3730 (all amino-acid sequence related parameters are ignored). Unknown whether
3731 substitution model treats Uracil specially.
3732 \end{minipage}
3733
3734 \\
3735 \hline
3736
3737 ProbCons& No&\begin{minipage}[f]{3in}
3738 ProbCons has no special support for aligning nucleotide sequences. Whilst an
3739 alignment will be returned, it is unlikely to be reliable.
3740 \end{minipage}
3741
3742 \\
3743 \hline
3744
3745 T-COFFEE& Yes&\begin{minipage}[f]{3in}
3746 Sequence type is automatically detected and an appropriate
3747 parameter set used as required. A range of nucleotide specific
3748 score models are available.\end{minipage}
3749
3750 \\\hline
3751 \end{tabular}
3752 \caption{{\bf JABAWS Alignment programs suitable for aligning nucleic acid
3753 sequences.} All JABAWS alignment services will return an alignment if provided
3754 with RNA or DNA sequences, with varying reliability.}
3755 \label{nucleomsatools}
3756 \end{table}
3757
3758 \subsection{Translate cDNA}
3759
3760 The {\sl Calculate $\Rightarrow$ Translate cDNA} function in the alignment
3761 window is only available when working with a nucleic acid alignment. It uses the standard codon translation table given in the online help documentation to translate a nucleotide alignment, or the currently selected region, into a set of aligned peptide sequences. Any features or annotation present on the nucleotide alignment will also be translated, allowing DNA alignment analysis results to be transferred on to peptide products for further investigation.
3762
3763 \subsection{Linked DNA and Protein Views}
3764
3765 \parbox{3.5in}{
3766 Views of alignments involving DNA sequences are linked to views of alignments containing their peptide products in a similar way to views of protein sequences and views of their associated structures. Peptides translated from cDNA that have been fetched from EMBL records for DNA contigs are linked to their `parent' coding regions. Mousing over a region of the peptide highlights codons in views showing the original coding region.
3767 }\parbox{3in}{
3768 \begin{center}
3769 %\begin{figure}[htbp]
3770
3771 \includegraphics[width=2.8in]{images/cdnatranslinkedwin.pdf}
3772
3773 %\caption{{\bf Linked DNA and Protein Views.} }
3774 %\end{figure}
3775 \end{center}
3776 }
3777
3778
3779 \subsection{Coding Regions from EMBL Records}
3780
3781 Many EMBL records that can be retrieved with the sequence fetcher contain exons.
3782 Coding regions will be marked as features on the EMBL nucleotide sequence, and
3783 Uniprot database cross references will be listed in the tooltip displayed when
3784 the mouse hovers over the sequence ID. Uniprot database cross references
3785 extracted from EMBL records are sequence cross references, and associate a
3786 Uniprot sequence's coordinate system with the coding regions annotated on the
3787 EMBL sequence. Jalview utilises cross-reference information in two ways.
3788 \subsubsection{Retrieval of Protein or DNA Cross References}
3789 The {\sl Calculate $\Rightarrow$ Get Cross References } function is only available when Jalview recognises that there are protein/DNA cross-references present on sequences in the alignment. When selected, it retrieves the cross references from the alignment's dataset (a set of sequence and annotation metadata shared between alignments) or using the sequence database fetcher. This function can be used for EMBL sequences containing coding regions to open the Uniprot protein products in a new alignment window. The new alignment window that is opened to show the protein products will also allow dynamic highlighting of codon positions in the EMBL record for each residue in the protein product(s).
3790
3791 \subsubsection{Retrieval of Protein DAS Features on Coding Regions}
3792
3793 The Uniprot cross-references derived from EMBL records can be used by Jalview to visualize protein sequence features directly on nucleotide alignments. This is because the database cross references include the sequence coordinate mapping information to correspond regions on the protein sequence with that of the nucleotide contig. Jalview will use the Uniprot accession numbers associated with the sequence to retrieve features, and then map them onto the nucleotide sequence's coordinate system using the coding region location.
3794
3795 \begin{figure}[htbp]
3796 \begin{center}
3797 \label{dnadasfeatures}
3798 \includegraphics[width=5in]{images/dnadasfeatures.pdf}
3799
3800 \caption{Uniprot and PDB sum features retrieved {\sl via} DAS and mapped onto
3801 coding regions of EMBL record V00488 (an earlier version of Jalview is shown
3802 here).}
3803
3804 \end{center}
3805 \end{figure}
3806
3807 \exercise{Visualizing Protein Features on Coding Regions}
3808 {
3809 \exstep{Use the sequence fetcher to retrieve EMBL record D49489.}
3810 \exstep{Ensure that {\sl View $\Rightarrow$ Show Sequence Features} is checked and change the 
3811 alignment view format to Wrapped mode so the distinct exons can be seen.}
3812 \exstep{Open the {\sl DAS Settings} tab in the {\sl Sequence Feature Settings\ldots} 
3813 window {\sl View $\Rightarrow$ Features setting}
3814 and fetch features for D49489 from the Uniprot reference server,
3815 and any additional servers that work with the Uniprot coordinate system.}
3816 \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.}
3817 \exstep{Open a new alignment view containing the Uniprot protein product with {\sl Calculate $\Rightarrow$ Get Cross References $\Rightarrow$ Uniprot } and examine the database references and sequence features. Experiment with the interactive highlighting of codon position for each residue.
3818 }
3819 }
3820 % \section{Working with RNA}
3821 % \label{workingwithrna}
3822
3823 % \subsection{RNA specific alignment colourschemes}
3824 % \label{rnacolschemes}
3825
3826 % \subsection{Exploring RNA secondary structure with VARNA}
3827 % \label{varna}
3828
3829 % \subsection{RNA Secondary structure annotation}
3830 % \subsubsection{Interactive creation of RNA secondary structure annotation}
3831 % \label{rnasecstrediting}
3832
3833 % \subsubsection{Import and export of RNA secondary structure annotation}
3834 % \label{rnasecstrio}
3835
3836
3837 % \chapter{Advanced Jalview}
3838
3839 % \section{Customising Jalview}
3840 % \subsection{Setting preferences}
3841
3842 % 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. 
3843
3844 % \subsection{Adding your own URL links}
3845
3846 % \subsection{Working with Databases and Database Cross References}
3847 % \label{getcrossrefs}
3848
3849 % {\sl Calculations $\Rightarrow$ Get Cross References }
3850
3851 % \section{Jalview IO Interface}
3852 % \subsection{Multiple views}
3853 % \subsection{Annotation files}
3854 % \subsection{Feature files}
3855 % \subsection{Moving sequence associated annotation}
3856 % \subsection{Propagating features}
3857 % \section{Structures}
3858 % \subsection{Working with Modeller files}
3859 % \subsection{Using local PDB files}
3860 % \section{Pairwise alignments}
3861 \subsection{Working with RNA}
3862 Jalview allows the creation of RNA secondary structure annotation, and includes
3863 the VARNA secondary structure viewer for the display of RNA base pair diagrams.
3864 It also allows the extraction of RNA secondary structure from 3D data when
3865 available.
3866
3867 \subsection{Performing RNA Secondary Structure Predictions}
3868 Secondary structure consensus calculations can be performed by enabling the
3869 VIENNA service {\sl via} the {\sl Web Services $\Rightarrow$ Secondary
3870 Structure} menu. These consensus structures are created by analysing the
3871 covariation patterns in all visible sequences on the alignment. For more
3872 information see the VIENNA documentation.
3873
3874 \begin{figure}[htbp]
3875 \begin{center}
3876 \label{rnaviennaservice}
3877 \includegraphics[width=5in]{images/rnaViennaServiceWindow.pdf}
3878
3879 \caption{Secondary structure consensus calculations can be performed by enabling the
3880 VIENNA service {\sl via} the {\sl Web Services $\Rightarrow$ Secondary
3881 Structure} menu.}
3882
3883 \end{center}
3884 \end{figure}
3885
3886 \begin{figure}[htbp]
3887 \begin{center}
3888 \label{rnaviennaaltpairs}
3889 \includegraphics[width=5in]{images/rnaViennaAlternateProbs.pdf}
3890
3891 \caption{VIENNA can calculate alternate RNA base pairing probabilities. These
3892 are shown in Jalview as tool-tips on the RNA secondary structure probability
3893 score.}
3894
3895 \end{center}
3896 \end{figure}
3897
3898
3899 \exercise{Viewing RNA Structures}
3900 { \label{viewingrnaex}
3901
3902 \exstep{Import RF00162 from Rfam (Full) using Fetch sequence(s) option in File
3903 menu.}
3904 \exstep{Select {\sl Colour by RNA Helices} to shade the alignment by
3905 the secondary structure annotation provided by Rfam.}
3906
3907 \exstep{Open VARNA with {\sl Structure $\Rightarrow$ View Structure
3908 $\Rightarrow$ RNA Secondary Structure}.
3909 In the VARNA Structures Manager toggle between (i) secondary structure
3910 (alignment) (with gaps) and (ii) trimmed secondary structure (alignment). 
3911 Explore the difference between trimmed and untrimmed views.
3912 Click on different residues and located them in the sequence alignment window.}
3913
3914 \exstep{In the VARNA Structures Manager, right click on display window to
3915 bring up the pop up context menu. Investigate option within File, Export, Display
3916 and Edit sections.}
3917
3918 \exstep{Perform a secondary structure prediction in {\sl Web Services}. Enable
3919 the VIENNA consensus calculation via the {\sl Web Services} menu and select
3920 Change RNAAIiFold settings option.}
3921 % Compare this with the annotationline provided by Rfam.
3922
3923 \exstep{Edit the VIENNA calculation settings to show
3924 Base Pair probabilities. Explore how editing the alignment affects the consensus
3925 calculation.}
3926
3927 \exstep{Import 2GIS from PDB database using Fetch sequence(s) option.}
3928 \exstep{Click on a sequence in Sequence ID panel and select {\sl Structure
3929 $\Rightarrow$ View Structure $\Rightarrow$ 2GIS}, to view the structure in Jmol
3930 window. Click on different residues and located them in the sequence alignment window.}
3931 %\exstep{Add and link a Jmol structure view
3932 %for Bacillus\_amyloliquef.9 for 3NPB (from the PDB). Display the secondary
3933 %structure along-side the consensus structure for the alignment by adding
3934 %reference annotation from the 3D structure.
3935
3936 %{\sl Hint: You need to make sure the RNAview service is enabled in your {\sl
3937 %Structure} preferences to obtain RNA secondary structure annotation from PDB
3938 %files.}}
3939
3940  }
3941
3942
3943 \end{document}