TODOs from the Jalview 2.11.1.1 course
[jalview-manual.git] / manual-archive / TheJalviewTutorial.tex
1 %\documentclass[a4paper,11pt]{report}
2 \documentclass[a4paper,11pt]{book}
3 \usepackage[format=hang,margin=10pt]{caption}
4 \usepackage{footnote}
5 \usepackage{graphicx}
6 \usepackage{fouriernc}
7 %\usepackage{amssymb}
8 \usepackage{epstopdf}
9 \usepackage{hyperref}
10 \usepackage{subfigure}
11 \DeclareGraphicsRule{.tif}{png}{.png}{`convert #1 `dirname #1`/`basename #1 .tif`.png}
12 \voffset = -0.5 in
13 \hoffset = -0.85 in
14 \textwidth = 6.5 in 
15 \textheight = 9.5 in 
16 \oddsidemargin = 1.20 in
17 \evensidemargin = 0.2 in
18 \topmargin = 0.0 in 
19 \headheight = 0.35 in
20 \headsep = 0.4 in
21 %\headheight = 0.0 in \headsep = 0.0 in
22 \parskip = 0.2in \parindent = 0.0in
23
24
25 \newtheorem{theorem}{Theorem}
26 \newtheorem{corollary}[theorem]{Corollary}
27 \newtheorem{definition}{Definition}
28
29
30 \title{Jalview 2.5: A manual and introductory tutorial }
31 \author{David Martin, James Procter, Andrew Waterhouse, Saif Shehata, Nancy Giang,Suzanne Duce and Geoff Barton}
32 \date{Manual version 1.2.3 6th May 2011}
33
34 \newcommand{\clearemptydoublepage}{\newpage{\pagestyle{empty}}\cleardoublepage}
35
36 % how the hell do we add another panel with text like : This tutorial introduces
37 % the user to the features of Jalview, a multiple sequence alignment editor and
38 % viewer available from http://www.jalview.org to the title page.
39
40 % \renewcommand{menustyle}{\tt} %do something more advanced here.
41
42 \newcounter{ecount} 
43 \newcounter{exstep}[ecount]
44 \renewcommand{\theecount} {\arabic{ecount}}
45 \renewcommand{\theexstep} {\arabic{ecount}.\alph{exstep}}
46
47 \newcommand{\exercise}[2] { 
48 \refstepcounter{ecount}
49 \begin{center} \fbox{\parbox[b][\height]{6in}{ 
50 {\bf
51 % this doesn't work - page refs are off 
52 %  \mbox{\addcontentsline{toc}{subsection}{ Exercise \theecount : #1 } }
53 Exercise \theecount  :  #1  } 
54 \par #2 }} \end{center}
55 \pagebreak[0]
56 }
57 \newcommand{\exstep}[1]{ \stepcounter{exstep} {\sl \theexstep.}  \begin{minipage}[t]{5.5in} #1 \end{minipage} \par \vspace *{1mm} }
58 %%% Remove the % on the next 2 lines to hide tutorials.
59 %\renewcommand{\exercise}[2]{} 
60 %\renewcommand{\exstep}[1]{} 
61
62 \begin{document}
63
64
65 \pagenumbering{}
66
67 %\maketitle
68 % we make our own title because JBP is not clever enough to work out how
69 % to
70 % do
71 % this automatically
72
73 \begin{center}
74
75 {\Huge
76  
77 Jalview 2.9.0b2}
78 \vspace{0.5in}
79 {\huge 
80
81 Manual and  Introductory Tutorial }
82
83 \vspace{2.4in}
84
85 {\large
86
87 David Martin, James Procter, Andrew Waterhouse, Saif Shehata, Nancy Giang,
88
89
90 Suzanne Duce and Geoff Barton
91  
92
93 }
94
95 \vspace{1.2in}
96
97 School of Life Sciences, University of Dundee
98
99 Dundee, Scotland DD1 5EH, UK
100
101
102 \vspace{2in}
103
104 Manual Version 1.7
105 % post CLS lifesci course on 15th January
106 % draft. Remaining items are AACon, RNA visualization/editing and Protein disorder analysis exercises.
107
108 7th September 2016
109
110
111 \end{center}
112
113 %\newpage
114
115 \clearemptydoublepage
116
117 % ($Revision$) 11th October 2010.}
118 % TODO revise for 2.6
119
120 \pagenumbering{roman}
121 \setcounter{page}{1}
122 \tableofcontents 
123 %\clearemptydoublepage
124 % \listoffigures 
125 % \newpage
126 % \listoftables 
127 \newpage
128 \pagenumbering{arabic}
129 \setcounter{page}{1}
130 \chapter{Basics}
131 \label{jalviewbasics}
132 \section{Introduction}
133 \subsection{Jalview}
134 Jalview is a multiple sequence alignment viewer, editor and analysis tool.
135 Jalview is designed to be platform independent (running on Mac, MS Windows, Linux
136 and any other platforms that support Java). Jalview is capable of editing and
137 analysing large alignments (thousands of sequences) with minimal degradation in
138 performance, and able to show multiple integrated views of the alignment and
139 other data. Jalview can read and write many common sequence formats including
140 FASTA, Clustal, MSF(GCG) and PIR.
141
142
143 There are two types of Jalview program. The {\bf Jalview Desktop} is a standalone 
144 application that provides powerful editing, visualization, annotation and
145 analysis capabilities. The {\bf JalviewLite} applet has the same core
146 visualization, editing and analysis capabilities as the desktop, without the
147 desktop's webservice and figure generation capabilities. It is designed to be
148 embedded in a web page,\footnote{A demonstration version of Jalview (Jalview Micro
149 Edition) also runs on a mobile phone but the functionality is limited to sequence
150 colouring.} and includes a javascript API to allow customisable display of
151 alignments for web sites such as Pfam.\footnote{\url{http://pfam.xfam.org}}
152
153
154 The Jalview Desktop in this version
155 provides access to protein and nucleic acid sequence, alignment and structure
156 databases, and includes the Jmol\footnote{ Provided under the LGPL licence at
157 \url{http://www.jmol.org}} viewer for molecular structures, and the VARNA\footnote{Provided under GPL licence at \url{http://varna.lri.fr}} program for the visualization of 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 onwards by BBSRC funding, and since 2014 by a
192 Wellcome Trust Biomedical Resource grant\footnote{Wellcome grant number 101651/Z/13/Z}. In 2010, 2011, and 2012, Jalview benefitted from the
193 \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/}}
194
195  
196 %TODO describe future plans in history ? not a good idea.
197 % Jalview continues to be one of the worlds most popular\footnote{and in the authors opinion, the best.} sequence alignment and analysis tools.
198
199 \subsubsection{Citing Jalview}
200 If you use Jalview in your work you should cite:\newline
201 {\sl "Jalview Version 2 - a multiple sequence alignment editor and analysis
202 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
203
204 This paper supersedes the original Jalview publication:\newline {\sl "The
205 Jalview Java alignment editor"} \newline Michele Clamp, James Cuff, Stephen M. Searle and Geoffrey J. Barton (2004) \newline {\sl Bioinformatics} {\bf 20} 426-427. 
206
207   
208 \subsection{About this Tutorial }
209
210 This tutorial is written in a manual format with short exercises where
211 appropriate, typically at the end of each section. This chapter concerns the
212 basic operation of Jalview and should be sufficient for those who want to
213 launch Jalview (Section \ref{startingjv}), open an alignment (Section
214 \ref{loadingseqs}), perform basic editing (Section
215 \ref{selectingandediting}), colouring (Section \ref{colours}), and produce
216 publication and presentation quality graphical output (Section \ref{layoutandoutput}).
217
218 In addition, the manual covers the additional visualization and
219 analysis techniques available in Jalview. This includes working
220 with the embedded Jmol molecular structure viewer, building and viewing trees and PCA
221 plots, and using trees for sequence conservation analysis. An overview of
222 the Jalview Desktop's webservices is given in Section \ref{jvwebservices}, and
223 the alignment and secondary structure prediction services are described
224 in detail in Sections \ref{msaservices} and \ref{protsspredservices}. Section \ref{featannot} details the creation and visualization of sequence
225 and alignment annotation, and the retrieval of sequences and annotation from
226 databases and DAS Servers. Section \ref{workingwithnuc} discusses
227 specific features of use when working with nucleic acid sequences, such as translation and linking to protein
228 coding regions, and the display and analysis of RNA secondary structure.
229
230 %^Chapter \ref{jalviewadvanced} The third chapter covers the detail^ of Jalview and is aimed at the user who is
231 %already familiar with Jalview operation but wants to get more out of their
232 %Jalview experience.
233
234 \subsubsection{Typographic Conventions}
235
236 Keystrokes using the special non-symbol keys are represented in the tutorial by
237 enclosing the pressed keys with square brackets ({\em e.g.} [RETURN] or [CTRL]).
238
239 Keystroke combinations are combined with a `-' symbol ({\em e.g.} [CTRL]-C means
240 press [CTRL] and the `C' key) simultaneously.
241
242 Menu options are given as a path from the menu
243 that contains them - for example {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment
244 $\Rightarrow$ From URL} means to select the `From URL' option from the `Input
245 Alignment' submenu of a window's `File' dropdown menu.
246
247 \section{Launching the Jalview Desktop Application}
248 \label{startingjv}
249 \begin{figure}[htbp]
250 \begin{center}
251 \includegraphics[width=4.5in]{images/download.pdf}
252 \caption{\bf Download page on the Jalview web site at www.jalview.org.}
253 \label{download}
254 \end{center}
255 \end{figure}
256
257 This tutorial is based on the Jalview
258 Desktop application. Much of the information will also be useful for users of
259 the JalviewLite applet, which has the same core editing, analysis and visualization capabilities (see the
260 \href{http://www.jalview.org/examples/applets.html}{JalviewLite Applet Examples}
261 page for examples). The Jalview Desktop, however, is much more powerful, and
262 includes additional support for interaction with external web services, and
263 production of publication quality graphics.
264
265 The Jalview Desktop can be run in two ways; as an application launched from the
266 web {\sl via} Java webstart, or as an application loaded onto your hard drive. 
267 The webstart version is launched from the pink `Launch Jalview Desktop
268 button' at the top right hand side of pages of the website 
269 \href{http://www.jalview.org}{(www.jalview.org)}.
270 To download the locally installable version, follow the links on the download
271 page
272 \href{http://www.jalview.org/download}{(www.jalview.org/download) }
273  (Figure \ref{download}).
274 These links will launch the latest stable release of Jalview.\par
275
276 %% this paragraph needs to be rewritten for the new signed certificate from Certum.
277
278 When the application is launched with webstart, two dialogs may appear before
279 the application starts. If your browser is not set up to handle webstart, then
280 clicking the launch link may download a file that needs to be opened
281 manually, or prompt you to select the program to handle the webstart
282 file. If that is the case, then you will need to locate the {\bf javaws} program
283 on your system\footnote{The file that is downloaded will have a type of {\bf
284 application/x-java-jnlp-file} or {\bf .jnlp}. The {\bf javaws} program that can run
285 this file is usually found in the {\bf bin} directory of your Java
286 installation}. Once java webstart has been launched, you may also be prompted to
287 accept a security certificate signed by the Barton Group.\footnote{On some
288 systems, the certificate may be signed by 'UNKNOWN'. In this case, clicking
289 through the dialogs to look at the detailed information about the certificate
290 should reveal it to be a Barton group certificate.} You can always trust us, so
291 click trust or accept as appropriate. The splash screen (Figure \ref{splash})
292 gives information about the version and build date that you are running,
293 information about later versions (if available), and the paper to cite in your
294 publications. This information is also available on the Jalview web site at 
295 \url{http://www.jalview.org}.
296
297 %[fig 2] 
298 \begin{figure}[htbp]
299
300 \begin{center}
301 \includegraphics[width=4.5in]{images/splash.pdf}
302 \caption{{\bf Jalview splash screen.}}
303 \label{splash}
304 \end{center}
305 \end{figure}
306
307 When Jalview starts it will automatically load an example alignment from the
308 Jalview site. This behaviour can be switched off in the Jalview Desktop
309 preferences dialog  by unchecking the open file option.
310 This alignment will look like the one in Figure \ref{startpage} (taken
311 from Jalview version 2.7).
312
313 %[figure 3 ]
314 \begin{figure}[htbp]
315 \begin{center}
316 \includegraphics[width=4in]{images/start.pdf}
317 \caption{{\bf Default startup for Jalview.}}
318 \label{startpage}
319 \end{center}
320 \end{figure}
321
322
323 \subsubsection{Jalview News RSS Feed}
324
325 Announcements are made available to users of the
326 Jalview Desktop {\sl via} the Jalview Newsreader. This window will open
327 automatically when new news is available, and can also be accessed {\sl via} the
328 Desktop's {\sl Tools $\Rightarrow$ Show Jalview News} menu entry. 
329
330 \begin{figure}[htbp]
331 \begin{center}
332 \includegraphics[height=3in]{images/jvrssnews.pdf}
333 \caption{{\bf The Jalview News Reader.} The newsreader opens automatically
334 when new articles are available from the Jalview Desktop's news channel.}
335 \label{jalviewrssnews}
336 \end{center}
337 \end{figure}
338
339
340 \exercise{Launching Jalview from the Jalview Website}{
341 \label{start}
342 \exstep{Open the Jalview web site
343  \url{http://www.jalview.org}{(www.jalview.org)}
344 in your web browser. Launch Jalview by clicking on the
345 pink `Launch Jalview' Desktop button in the top right hand corner. This
346 will download and open a jalview.jnlp webstart file.}
347 \exstep {Dialogue boxes
348 will open and ask if you want to open the jalview.jnlp file as the file is an application downloaded from the
349 Internet, click Open. (Note you maybe asked to update Java, if you agree then it
350 will automatically update the Java software). As Jalview opens, four demo
351 Jalview windows automatically load.}
352 \exstep {If
353 you are having trouble, it may help changing the browser you are using, as the browsers and
354 it's version may affect this process.}
355 \exstep{To deactivate the opening of the 4 demo sequences during the launch, go
356 to the {\sl Tools $\Rightarrow$
357 Preferences...} menu on the desktop. A `Preference'
358 dialogue box opens, untick the box adjacent to the `Open file' entry in the
359 `Visual' preferences tab.
360 Click {\sl OK} to save the preferences.}
361 \exstep{Launch another Jalview workbench from the web site by clicking on the
362 pink Launch button.
363 The example alignment should not be loaded as Jalview starts up.}
364 \exstep{To reload the original demo file select the
365 {\em File$\Rightarrow$ From URL} entry in the Desktop menu. Click on
366 the URL history button (a downward arrrow on the right hand side of the dialog
367 box) to view the files, select exampleFile\_2\_7.jar, then click {\sl OK}.}
368 {\bf Note:} Should you want to load your own
369 sequence during the launch process, then go
370 to the {\sl Tools $\Rightarrow$
371 Preferences...} menu on the desktop. The tick the `Open file' entry of `Visual'
372 preferences tab, type in the URL of the sequence you want to load.
373
374 As the jalview.jnlp file launches Jalview on your desktop, you
375 may want to move this from the downloads folder to another folder.
376 Opening from the jnlp file will allow Jalview to be launched offline.
377
378 {\bf A video about this exercise is available on the Jalview website at
379 \url{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}.}
380  }
381
382 \subsection{Getting Help}
383 \label{gettinghelp}
384 \subsubsection{Built in Documentation}
385 Jalview has comprehensive on-line help documentation. Select  {\sl Help
386 $\Rightarrow$ Documentation} from the main window menu and a new window will
387 open (Figure \ref{help}). The appropriate topic can then be selected from the
388 navigation panel on the left hand side. To search for a specific topic, click
389 the `search' tab and enter keywords in the box which appears.
390
391
392 \begin{figure}[htbp]
393 \begin{center}
394 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=2.75in]{images/help1.pdf}}}
395 \parbox[c]{4in}{\includegraphics[width=4in]{images/help2.pdf}}
396 \caption{{\bf Accessing the built in Jalview documentation.}}
397 \label{help}
398 \end{center}
399 \end{figure}
400
401 \subsubsection{Email Lists}
402
403 The Jalview Discussion list {\tt jalview-discuss@jalview.org} provides a forum
404 for Jalview users and developers to raise problems and exchange ideas - any
405 problems, bugs, and requests for help should be raised here. The {\tt
406 jalview-announce@jalview.org} list can also be subscribed to if you wish to be
407 kept informed of new releases and developments. 
408
409 Archives and mailing list
410 subscription details can be found in the Jalview web site's \href{http://www.jalview.org/community}{community section}.
411
412 \section{Navigation}
413 \label{jvnavigation}
414 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.  
415
416  Jalview has two navigation and editing modes: {\bf normal mode}, where
417  editing and navigation is performed using the mouse, and {\bf cursor mode}
418  where editing and navigation are performed using the keyboard. The {\bf F2 key}
419  is used to switch between these two modes. With a Mac as the F2 is
420  often assigned to screen brightness, one may often need to  type {\bf function
421  [Fn] key with F2} function
422  [Fn]-F2.
423
424 \begin{figure}[htb]
425 \begin{center}
426 \includegraphics[width=6.5in]{images/jalview_anatomy.pdf}
427 \caption{{\bf The anatomy of Jalview.} The major features of the Jalview Desktop Application are labeled.}
428 % TODO: modify text labels to be clearer - black on grey and black border for clarity
429 \label{anatomy}
430 \end{center}
431 \end{figure}
432
433 \subsection{Navigation in Normal Mode}
434
435 Jalview always starts up in Normal mode, where the mouse is used to interact
436 with the displayed alignment view. You can move about the alignment by clicking
437 and dragging the ruler scroll bar to move horizontally, or by clicking and
438 dragging the alignment scroll bar to the right of the alignment to move
439 vertically.  If all the rows or columns in the alignment are displayed, the
440 scroll bars will not be visible.
441
442  Each alignment view shown in the alignment window presents a window onto the
443  visible regions of the alignment. This means that with anything more than a few
444  residues or sequences, alignments can become difficult to visualize on the
445  screen because only a small area can be shown at a time. It can help,
446  especially when examining a large alignment, to have an overview of the whole
447  alignment. Select {\sl View $\Rightarrow$ Overview Window} from the Alignment
448  window menu bar (Figure \ref{overview}\footnote{the menu shown in this figure
449  is from Jalview 2.2, later versions have more options.}).
450 % (Figure4)
451 \begin{figure}[htbp]
452 \begin{center}
453 \includegraphics[width=4.5in]{images/overview.pdf}
454 \caption{{\bf Alignment Overview Window.} The overview window for a view is opened from the {\em View} menu.}
455 \label{overview}
456 \end{center}
457 \end{figure}
458
459 The red box in the overview window shows the current view in the alignment
460 window. A percent identity histogram is plotted below the alignment overview.
461 Shaded parts indicate rows and columns of the alignment that are hidden (in this
462 case, a single row at the bottom of the alignment - see Section
463 \ref{hidingregions}). You can navigate around the alignment by dragging the red
464 box. 
465
466 %Try this now and see how the view in the alignment window changes.
467
468 \parbox[c]{3in}{Alignment and analysis windows are closed by clicking on the
469 usual `close' icon (indicated by arrows on Mac OS X). If you want to close all
470 the alignments and analysis windows at once, then use the {\sl Window
471 $\Rightarrow$ Close All} option from the Jalview desktop.
472
473 {\bf \em{Warning: make sure you have saved your work because this cannot be
474 undone!}} }
475 \parbox[c]{3in}{\centerline{\includegraphics[width=2.5in]{images/start_closeall.pdf}
476 }}
477
478 \subsection{Navigation in Cursor Mode}
479 \label{cursormode}
480 \parbox[c]{5in}{Cursor mode navigation enables the user to quickly
481 and precisely navigate, select and edit parts of an alignment. On pressing F2 to
482 enter cursor mode the position of the cursor is indicated by a black background
483 and white text. The cursor can be placed using the mouse or moved by pressing
484 the arrow keys ($\uparrow$, $\downarrow$, $\leftarrow$, $\rightarrow$).
485 }\parbox[c]{1.25in}{\centerline{\includegraphics[width=0.8in]{images/cursor1.pdf}}}
486
487 Rapid movement to specific positions is accomplished as listed below:
488 \begin{list}{$\circ$}{}
489 \item {\bf Jump to Sequence {\sl n}:} Type a number {\sl n} then press [S] to
490 move to sequence (row). {\sl n}
491 \item {\bf Jump to Column {\sl n}:} Type a number {\sl n} then press [C] to move to column {\sl n} in the alignment.  
492 \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.  
493 \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]. 
494 \end{list}
495 \subsection{The Find Dialog Box}
496 \label{searchfunction}
497 A further option for navigation is to use the {\sl Select $\Rightarrow$
498 Find\ldots} function. This opens a dialog box into which can be entered regular
499 expressions for searching sequences and sequence IDs, or sequence numbers.
500 Hitting the [Find next] button will highlight the first (or next) occurrence of
501 that pattern in the sequence ID panel or the alignment, and will adjust the view
502 in order to display the highlighted region. The Jalview Help provides
503 comprehensive documentation for this function, and a quick guide to the regular
504 expressions that can be used with it.
505 %TODO insert a figure for the Find dialog box
506
507 \exercise{Navigation}{
508 Jalview has two navigation and editing modes: {\bf normal} mode (where editing
509 and navigation are via the mouse) and the {\bf cursor} mode (where editing and
510 navigation are via the keyboard).
511 The {\bf F2 key} is used to switch between these two modes. With a Mac, the key
512 combination {\bf Fn key and F2} is needed, as button is
513 often assigned to screen brightness. Jalview always starts up in normal mode.
514
515 \exstep{Load an example alignment from its URL
516 (\url{http://www.jalview.org/examples/exampleFile_2_7.jar}) via the Desktop
517 using {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} dialog
518 box.
519 (The URL should be stored in its history and clicking on the {\sl down arrow}
520 on the dialog box is an easy way to access it.)}
521 \exstep{Scroll around the alignment using the alignment (vertical) and ruler (horizontal) scroll bars.}
522 \exstep{Find the Overview Window, {\sl Views
523 $\Rightarrow$ Overview Window} and open it. Move around the
524 alignment by clicking and dragging the red box in the overview window.}
525 \exstep{Return to the alignment window. Look at the status bar (lower left hand
526 corner of the alignment window) as you move the mouse over the alignment. It indicates information about the
527 sequence and residue under the cursor.}
528 \exstep{Press [F2] key (or [Fn]/[F2] on Mac) to enter Cursor mode. Use
529 the direction keys to move the cursor around the alignment.}
530 \exstep{Move to sequence 7 by pressing {\bf 7 S}. Move to column 18 by pressing
531 {\bf 1 8 C}. Move to residue 18 by pressing {\bf 1 8 P}. Note that these can be
532 two different positions if gaps are inserted into the sequence. Move to sequence 5,
533 column 13 by typing {\bf 1 3 , 5 [RETURN]}.}
534
535 {\bf Note:} To view Jalview's comprehensive on-line help documentations select
536 Help on desktop menu, clicking on Documentation will open a Documentation
537 window. Select topic from the navigation panel on the left hand side or use the
538 Search tab to select specific key words.
539
540 {\bf A video about this exercise is available on the Jalview website at \url{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}.}
541 }
542
543 \section{Loading Sequences and Alignments}
544 \label{loadingseqs}
545 %Jalview provides many ways to load your own sequences. %For this section of the
546 % tutorial you will need to download the file http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa to a suitable location on your hard drive.
547 \subsection{Drag and Drop}
548         In most operating systems you can just drag a file icon from a file browser
549         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.
550         Drag and drop also works when loading data from a URL -
551 simply drag the link or url from the address panel of your browser on to an
552 alignment or the Jalview desktop background and Jalview will load data from the
553 URL directly.
554 %  (Figure \ref{drag})
555 % %[fig 5]
556 % \begin{figure}[htbp]
557 % \begin{center}
558 % \includegraphics[width=2in]{images/drag2.pdf}
559 % \includegraphics[width=2in]{images/drag3.pdf}
560 % \caption{{\bf An alignment can be opened by dragging the file onto the Jalview window. }}
561 % \label{drag}
562 % \end{center}
563 % \end{figure}
564
565 % %\includegraphics[width=2in]{images/drag1.pdf}
566
567
568 \subsection{From a File}
569 Jalview can read sequence alignments from a sequence alignment file. This is a
570 text file, {\bf not} a word processor document. For entering sequences from a
571 wordprocessor document see Cut and Paste  (Section \ref{cutpaste}) below. Select
572 {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From File} from the main
573 menu (Figure \ref{loadfile}). You will then get a file selection window where
574 you can choose the file to open. Remember to select the appropriate file type.
575 Jalview can automatically identify some sequence file formats.
576
577 %[fig 6]
578 \begin{figure}[htbp]
579 \begin{center}
580 \includegraphics[width=2in]{images/loadfilebox.pdf}
581 %\includegraphics[width=2in]{images/loadfilebox2.pdf}
582 \includegraphics[width=3in]{images/loadfileboxdrop.pdf}
583 \caption{{\bf Opening an alignment from a file saved on disk. }}
584 \label{loadfile}
585 \end{center}
586 \end{figure}
587
588 \subsection{From a URL}
589 Jalview can read sequence alignments directly from a URL. Please note that the
590 files must be in a sequence alignment format - an HTML alignment or graphics
591 file cannot be read by Jalview.
592 Select {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} from the
593 main menu and a window will appear asking you to enter the URL (Figure
594 \ref{loadurl}). Jalview will attempt to automatically discover the file format.
595
596 %[fig 7]
597 \begin{figure}[htbp]
598 \begin{center}
599 \includegraphics[width=2in]{images/menuloadurl.pdf}
600 \includegraphics[width=3in]{images/loadurlbox.pdf}
601 \caption{{\bf Opening an alignment from a URL. }}
602 \label{loadurl}
603 \end{center}
604 \end{figure}
605
606 \subsection{Cut and Paste}
607 \label{cutpaste}
608 Documents such as those produced by Microsoft Word cannot be readily understood
609 by Jalview. The way to read sequences from these documents is to select the
610 data from the document and copy it to the clipboard. There are two ways to
611 do this. One is to right-click on the desktop background, and select the
612 `Paste to new alignment' option in the menu that appears. The other is to select
613 {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From Textbox} from the
614 main menu, and paste the sequences into the textbox window that will appear
615 (Figure \ref{loadtext}). In both cases, presuming that they are in the right
616 format, Jalview will happily read them into a new alignment window.
617 %[fig 8]
618
619 \begin{figure}[htbp]
620 \begin{center}
621 \includegraphics[width=2in]{images/menuloadtext.pdf}
622 \includegraphics[width=3in]{images/loadtextbox.pdf}
623 \caption{{\bf Opening an alignment from pasted text. }}
624 \label{loadtext}
625 \end{center}
626 \end{figure}
627
628
629 \subsection{From a Public Database}
630 \label{fetchseq}
631 Jalview can retrieve sequences and sequence alignments from the public databases
632 housed at the European Bioinformatics Institute, including Uniprot, Pfam, Rfam
633 and the PDB, as well as any DAS sequence server registered at the configured DAS
634 registry. Jalview's sequence fetching capabilities allow you to avoid having to
635 manually locate and save sequences from a web page before loading them into
636 Jalview. It also allows Jalview to gather additional metadata provided by the
637 source, such as annotation and database cross-references.
638 Select {\sl File $\Rightarrow$ Fetch Sequence(s) \ldots} from the main menu and
639 a window will appear (Figure \ref{loadseq}). Pressing the database selection
640 button in the dialog box opens a new window showing all the database sources
641 Jalview can access (grouped by the type of database). Once you've selected the
642 appropriate database, hit OK close the database selection window, and then enter
643 one or several database IDs or accession numbers separated by a semicolon and
644 press OK. Jalview will then attempt to retrieve them from the chosen database.
645 Example queries are provided for some databases to test that a source is
646 operational, and can also be used as a guide for the type of accession numbers
647 understood by the source.\footnote{Most DAS sources support {\em range queries}
648 that can be used to download just a particular range from a sequence database
649 record.}
650 % [fig 9]
651 \begin{figure}[htbp]
652 \begin{center}
653 \includegraphics[width=5in]{images/fetchseq.pdf}
654 \caption{{\bf Retrieving sequences from a public database.}}
655 \label{loadseq}
656 \end{center}
657 \end{figure}
658  
659 \subsection{Memory Limits}
660 \label{memorylimits}
661 Jalview is a Java program. One unfortunate implication of this is that Jalview
662 cannot dynamically request additional memory from the operating system. It is
663 important, therefore, that you ensure that you have allocated enough memory to
664 work with your data. On most occasions, Jalview will warn you when you have
665 tried to load an alignment that is too big to fit in to memory (for instance,
666 some of the PFAM alignments are {\bf very} large). You can find out how much
667 memory is available to Jalview with the desktop window's {\sl $\Rightarrow$
668 Tools $\Rightarrow$ Show Memory Usage} function, which enables the display of
669 the currently available memory at the bottom left hand side of the Desktop
670 window's background. Should you need to increase the amount of memory available
671 to Jalview, full instructions are given in the built in documentation (opened by
672 selecting {\sl Help $\Rightarrow$ Documentation}) and on the JVM memory
673 parameters page (\url{http://www.jalview.org/jvmmemoryparams.html}).
674
675 \exercise{Loading Sequences}{
676 \label{load}
677 \exstep{Use {\sl Window $\Rightarrow$ Close All} from the Desktop window menu to
678 close all windows.}
679 \exstep{{\bf Loading sequences from URL:} Selecting File {\sl $\Rightarrow$
680 Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} from the Desktop and enter \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa} in the box.
681
682 Click OK to load the alignment.}
683 \exstep{{\bf Loading sequences from a file:} Close all windows using the
684 {\sl Window $\Rightarrow$ Close All} menu option from the Desktop.
685 Then type the same URL (\url{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}) into
686 your web browser and save the file to your desktop.
687 Open the file you have just saved in Jalview by selecting {\sl File
688 $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From File} from the desktop menu and
689 selecting this file.
690 Click {\sl OK} to load.}
691 \exstep{{\bf Loading sequences by `Drag and Drop' / `Cut and Paste':}
692
693 (i) Select {\sl Desktop $\Rightarrow$ Window
694 $\Rightarrow$ Close All}. Then drag the alignment.fa file from the desktop and
695 drop it onto the Jalview window, the alignment should open.
696
697 Test the differences
698 between (a) dragging the sequence onto the Jalview desktop  and (b)
699 dragging the sequence onto an existing alignment window.
700
701 (ii) Open \url{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa} in a
702 web browser. Drag the URL directly from browser onto Jalview desktop. (If
703 the URL is downloaded, then locate the file in your
704 download directory and open it in a text editor.)
705
706 (iii) Open the alignment.fa file using text editor. Copy the sequence text from the
707 file into the clipboard and paste it into the desktop
708 background by right-clicking and selecting Paste to new alignment option.
709
710 (iv) In the text editor, copy the sequence text from
711 alignment.fa  into the clipboard (usually {\sl via} the browser's {\sl Edit
712 $\Rightarrow$ Copy} menu option). In the Desktop menu, select {\sl File
713 $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From Textbox}.
714 Paste the clipboard into the large window using the {\sl Edit $\Rightarrow$
715 Paste} text box menu option. Click {\sl New Window} and the alignment will be
716 loaded.}
717 \exstep{{\bf Loading sequences from Public Database:} Select {\sl File
718 $\Rightarrow$ Fetch Sequence(s)...} from the Desktop to open up new window
719 called New Sequence Fetcher.
720 Press database selection button (top of the dialog box), this opens
721 another window called Select Database Retrieval Source showing all the database
722 sources.
723
724 Select the {\bf PFAM seed} database and click {\sl OK}, then enter the accession
725 number {\bf PF03460} and click {\sl OK}. An alignment of about 174 sequences should
726 load. These can be viewed using the Overview window accessible from {\sl View
727 $\Rightarrow$ Overview Window.}
728 Several database IDs can be loaded by using semicolons to separate them.}
729 {\bf A video about this exercise is available on the Jalview website at \url{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}.}
730 }
731
732 \section{Saving Sequences and Alignments}
733 \label{savingalignments} 
734 \subsection{Saving Alignments} Jalview allows the
735 current sequence alignments to be saved to file so they can be restored at a
736 later date, passed to colleagues or analysed in other programs. From the
737 alignment window menu select {\sl File $\Rightarrow$ Save As} and a dialog box
738 will appear (Figure \ref{savealign}). You can navigate to an appropriate
739 directory in which to save the alignment. Jalview will remember the last filename
740 and format used to save (or load) the alignment, enabling you to quickly save
741 the file during or after editing by using the {\sl File $\Rightarrow$ Save} entry.
742
743 Jalview offers several different formats in which an alignment can be saved. The
744 jalview format (.jar) is the only format which will preserve the colours,
745 groupings and other additional information in the alignment. The other formats
746 produce text files containing just the sequences with no visualization information, although some
747 allow limited annotation and sequence features to be stored (e.g. AMSA).
748 Unfortunately only Jalview program can read Jalview files. The {\sl File
749 $\Rightarrow$ Output To Textbox} menu option allows the alignment to be copied and pasted into
750 other documents or web servers.
751
752 %[fig 10]
753 \begin{figure}[htbp]
754 \begin{center}
755 \parbox[c]{1.0in}{
756 \includegraphics[width=1.0in]{images/saveas.pdf}
757 }
758 \parbox[c]{4in}{
759 \includegraphics[width=4in]{images/saveas2.pdf}
760 }
761 \caption{{\bf Saving alignments in Jalview to disk.}}
762 \label{savealign}
763 \end{center}
764 \end{figure}
765
766 \subsection{Jalview Projects}
767 \parbox[c]{4in}{If you wish to save a complete Jalview session rather than
768 just a single alignment (e.g. because you have calculated trees or multiple
769 different alignments) then save your work as a Jalview Project
770 file (.jvp).\footnote{Tip: Ensure that you have allocated plenty of memory to
771 Jalview when working with large alignments in Jalview projects. See Section \protect
772 \ref{memorylimits} above for how to do this.}
773 From the main menu select {\sl File $\Rightarrow$ Save Project} and a file save
774 dialog box will appear. Loading a project will restore Jalview to exactly the
775 view at which the file was saved, complete with all alignments, trees,
776 annotation and displayed structures rendered appropriately.
777 } \parbox[c]{2in}{ \centerline {
778 \includegraphics[width=1.5in]{images/saveproj.pdf} }}
779
780 \exercise{Saving Alignments}{
781 \label{save}
782 \exstep{Launch Jalview, or use close all windows.
783 Load the ferredoxin
784 alignment from {\bf PFAM (seed)} data base using the PFAM seed accession number
785 {\bf PF03460} (see Exercise \ref{load}). } \exstep{
786
787 Select {\sl File $\Rightarrow$ Save As} from the alignment window menu. Choose a
788 location into which to save the alignment and select your preferred format. All
789 formats except {\sl  Jalview } jvp can be viewed in a normal text editor (e.g.
790 Notepad) or in a web browser.
791 Enter a file name and click {\sl Save}.
792
793 Check this file by closing all windows and opening it with Jalview, or by
794 browsing to it with your web browser.}
795 \exstep{ Repeat the previous step saving the files in different file formats.}
796 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Output to Textbox $\Rightarrow$ FASTA}.
797 Select and copy this alignment to the clipboard using the textbox menu options
798 {\sl Edit $\Rightarrow$ Select All} followed by {\sl Edit $\Rightarrow$ Copy}.
799 The alignment can then be pasted into any application of choice, e.g. a word processor or web form.
800 }
801 \exstep{Ensure at least one alignment window is active in Jalview. Open the
802 overview window {\sl View $\Rightarrow$ Overview Window}
803  and scroll red box to any part of the alignment.
804 Select {\sl File
805 $\Rightarrow$ Save Project} from the main menu and save the project in a
806 suitable folder.
807
808 Close all windows and then load the project {\sl via} the {\sl File
809 $\Rightarrow$ Load Project} menu option. Observe how all the windows and
810 positions are exactly as they were when they were saved. } 
811 {\bf A video about this exercise is available on the Jalview website at \url{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}.}
812 }
813
814
815 \chapter{Selecting and Editing Sequences }
816 \label{jalviewediting}
817
818 \label{selectingandediting} 
819 Jalview makes extensive use of selections - most of the commands available from
820 its menus operate on the {\sl currently selected region} of the alignment, either to
821 change their appearance or perform some kind of analysis. This section
822 illustrates how to make and use selections and groups.
823
824 \section{Selecting Parts of an Alignment}
825 Selections can be of arbitrary regions in an alignment, one or more complete columns, or one or 
826 more complete sequences.
827 A selected region can be copied and pasted as a new alignment 
828 using the {\sl Edit $\Rightarrow$ Copy} and {\sl Edit $\Rightarrow$ Paste $\Rightarrow$ To New 
829 Alignment}  in the alignment window menu options.
830 {\bf To clear (unselect)  the selection press the [ESC] (escape) key.}
831
832 \subsection{Selecting Arbitrary Regions}
833 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}). 
834 %[fig 12]
835
836 \begin{figure}[htbp]
837 \begin{center}
838 \includegraphics[width=4in]{images/select1.pdf}
839 \caption{{\bf Selecting a region in an alignment.}}
840 \label{select}
841 \end{center}
842 \end{figure}
843
844 \subsection{Selecting Columns}
845 To select the same residues in all sequences, click and drag along the alignment ruler.
846 This selects the entire column of the alignment. Ranges of positions from the
847 alignment ruler can also be selected by clicking on the first position and then
848 holding down the [SHIFT] key whilst clicking the other end of the selection.
849 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}).
850 %[fig 13]
851
852 \begin{figure}[htbp]
853 \begin{center}
854 \includegraphics[width=4in]{images/select2.pdf}
855 \caption{{\bf Selecting multiple columns in an alignment.} The red highlighting
856 on the alignment ruler marks the selected columns. Note that only the most
857 recently selected column has a dashed-box around it to indicate a region
858 selection. }
859 \label{selectcols}
860 \end{center}
861 \end{figure}
862
863 \subsection{Selecting Sequences}
864
865 \begin{figure}[htb]
866 \begin{center}
867 \includegraphics[width=4in]{images/select3.pdf}
868 \caption{{\bf Selecting multiple sequences in an alignment.} Use [CTRL] or [SHIFT] to select many sequences at once.}
869 \label{selectrows}
870 \end{center}
871 \end{figure}
872
873 To select multiple complete sequences, click and drag the mouse down the
874 sequence ID panel. The same techniques as used for columns (above) can be used
875 with [SHIFT]-Click for continuous and [CTRL]-Click to select discontinuous
876 ranges of sequences (Figure \ref{selectrows}).
877 %[fig 14]
878
879 \subsection{Making Selections in Cursor Mode}
880
881 To define a selection in cursor mode (which is enabled by pressing [F2] when the alignment window is selected),
882 navigate to the top left corner of the proposed selection (using the mouse, the arrow keys, or the keystroke
883 commands described in Section \ref{cursormode}). Pressing the [Q] key marks this as the
884 corner. A red outline appears around the cursor (Figure \ref{cselect}).
885
886 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.
887
888 \begin{figure}[htbp]
889 \begin{center}
890 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel1.pdf}
891 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel2.pdf}
892 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel3.pdf}
893 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel4.pdf}
894 \caption{{\bf Making a selection in cursor mode.} Navigate to the top left
895 corner (left), press [Q], navigate to the bottom right corner and press [M] (right).}
896 \label{cselect}
897 \end{center}
898 \end{figure}
899
900 \begin{figure}
901 \begin{center}
902 \includegraphics[width=3in]{images/group1.pdf}
903 \includegraphics[width=1.5in]{images/newgroup.pdf}
904 \caption{{\bf Creating a new group from a selection.}}
905 \label{makegroup}
906 \end{center}
907 \end{figure}
908
909 \subsection{Inverting the Current Selection}
910 The current sequence or column selection can be inverted, using  {\sl Select
911 $\Rightarrow$ Invert Sequence/Column Selection} in the alignment window.
912 Inverting the selection is useful when selecting large regions in an alignment, 
913 simply select the region that is to be kept unselected, and then invert the selection.
914 This may also be useful when hiding large regions in an alignment (see Section \ref{hidingregions} 
915 below).
916 Instead of selecting the columns and rows that are to be hidden, simply select the 
917 region that is to be kept
918 visible, invert the selection, then select {\sl View $\Rightarrow$ Hide
919 $\Rightarrow$ Selected Region}.
920
921 \section{Creating Groups}
922 Selections are lost as soon as a different region is selected. Groups can be
923 created which are labeled regions of the alignment. To create a group, first
924 select the region which is to comprise the group. Then click the right mouse
925 button on the selection to bring up a context menu. Select {\sl Selection
926 $\Rightarrow$ Group $\Rightarrow$ Edit name and description of
927 current group}\footnote{In earlier versions of Jalview, this entry was variously
928 `Group', `Edit Group Name', or `JGroupXXXXX' (Where XXXXX was some serial
929 number).} then enter a name for the group in the dialogue box which appears.
930
931 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.
932
933 \exercise{Making Selections and Groups}{
934 \label{exselect}
935 \exstep{Close windows.
936 Load the ferredoxin alignment ({\bf PF03460} from {\bf PFAM seed} database).
937 Choose a residue and  place the mouse
938 cursor on it (residue information will show in alignment window status
939 bar).
940 Click and drag the mouse to create a selection. As you drag, a red box
941 will `rubber band' out to 
942 show the extent of the selection.
943 Release the mouse
944 button and a red box borders the selected region.
945 Press [ESC] to clear this.}
946 \exstep{ Select one sequence by clicking on
947 the sequence ID panel. Note that the sequence ID takes on a highlighted
948 background and a red box appears around the selected sequence. 
949 Hold down [SHIFT] and click another sequence ID a few positions above or below. 
950 Note how the selection expands to include all the sequences between the two positions on which you clicked.
951 Hold down [CTRL] and then click on several sequences ID's both selected and
952 unselected. Note how unselected IDs are individually added to the selection and previously selected IDs are 
953 individually deselected.}
954 \exstep{ Select column by clicking on the Alignment Ruler. Note whole
955 column is highlighted with a red box.
956 Hold down [SHIFT] and click column beyond. Note the selection expands to include
957 all the sequences between the two positions on which you clicked.}
958
959 \exstep{ To selecting arbitrary regions in alignment, place the mouse at the top
960 left corner of the region you wish to select. Press and hold the mouse button. 
961 Drag the mouse to the bottom right corner of the chosen region and release the
962 mouse button and a dashed red box appears around the selected region}
963 \exstep{Enter Cursor mode using [F2] (or [Fn]-F2 for Macs).
964 Navigate to column 59, row 1 by pressing {\bf 5 9 , 1 [RETURN]}.
965 Press {\bf Q} to mark this position.
966 Navigate to column 65, row 8 by pressing {\bf 6 5 , 8 [RETURN]}. Press {\bf M}
967 to complete the selection. Note to clear the selection press the {\bf[ESC]}
968 key.}
969 \exstep{To create a group from the selected the region, click the
970 right mouse button when mouse is on the selection, this opens a
971 pop-up menu in the alignment window.
972
973 Open the {\sl Selection $\Rightarrow$ Edit New Group $\Rightarrow$ Group Colour
974 } menu and select {\sl Percentage Identity}.
975 This will turn the selected region into a group and colour it accordingly.}
976 \exstep{Hold down [CTRL] and use the mouse to select and deselect sequences in
977 the alignment by clicking on their Sequence ID label. Note how the group expands
978 to include newly selected sequences, and the `Percentage Identity' colouring changes. }
979 \exstep{ Another way to resize the group is by using the mouse to click and drag
980 the right-hand edge of the selected group.}
981
982 \exstep{The current selection can be exported and saved by right clicking
983 on the text area to open the Sequence ID pop-up menu. Follow the menus and pick an
984 output format (eg BLC) from the {\sl Selection $\Rightarrow$ Output to Textbox
985 \ldots} submenu.
986 }
987 \exstep{In the alignment output window, try manually editing the alignment,
988 importing group into a new alignment window by clicking the {\sl New Window}
989 button to import the file into a new alignment window.}
990 {\bf A video about this exercise is available on the Jalview website
991 at \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
992 % more? change colouring style. set border colour.
993 }
994
995 \section{Exporting the Current Selection}
996 The current selection can be copied to the clipboard (in PFAM format). It can
997 also be output to a textbox using the output functions in the pop-up menu
998 obtained by right clicking the current selection. The textbox enables quick
999 manual editing of the alignment prior to importing it into a new window (using
1000 the [New Window] button) or saving to a file with the {\sl File $\Rightarrow$
1001 Save As } pulldown menu option from the text box.
1002
1003 \section{Reordering an Alignment}
1004 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.
1005
1006 \begin{figure}[htbp]
1007 \begin{center}
1008 \includegraphics[width=3in]{images/move1.pdf}
1009 \includegraphics[width=3in]{images/move2.pdf}
1010 \caption{{\bf Reordering the alignment.} The selected sequence moves up one
1011 position on pressing the $\uparrow$ key.}
1012 \label{reorder}
1013 \end{center}
1014 \end{figure}
1015
1016 \exercise{Reordering the Alignment}{
1017 \exstep{Close all windows in Jalview from desktop. Load the ferredoxin alignment (e.g.the
1018 PFAM domain PF03460 from PFAM seed).
1019 Select one of the sequence in the sequence ID panel, use the up and down
1020 arrow keys to alter the sequence's position in the alignment. (Note that
1021 this will not work in cursor mode)}
1022 \exstep{To select and move multiple
1023 sequences, use hold [SHIFT] and [CTRL], and select two sequences separated by
1024 one or more un-selected sequences. Note how multiple sequences are grouped
1025 together when they are re-ordered using the up and down arrow keys.}
1026 {\bf A video about this exercise is available on the Jalview website at
1027 at \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
1028 }
1029
1030
1031 \section{Hiding Regions}
1032 \label{hidingregions}
1033 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}).
1034
1035 To hide a set of sequences, select them and right-click the mouse on the
1036 selected sequence IDs to bring up the context pop-up menu. Select {\sl Hide
1037 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.
1038
1039
1040  \begin{figure}[htbp]
1041 \begin{center}
1042 \includegraphics[width=1.5in]{images/hide1.pdf}
1043 \includegraphics[width=2.5in]{images/hide2.pdf}
1044 \includegraphics[width=1.75in]{images/hide3.pdf}
1045 \caption{{\bf Hiding Sequences} Hidden sequences are represented by a small blue
1046 triangle in the sequence ID panel.}
1047 \label{hideseq}
1048 \end{center}
1049 \end{figure}
1050
1051 A similar mechanism applies to columns (Figure \ref{hidecol}). Selected columns
1052 (indicated by a red marker) can be hidden and revealed in the same way {\sl via}
1053 the context pop-up menu by right clicking on the ruler bar. The hidden column
1054 selection is indicated by a small blue triangle in the ruler bar.
1055
1056  \begin{figure}[htbp]
1057 \begin{center}
1058 \includegraphics[width=2in]{images/hide4.pdf}
1059 \includegraphics[width=3in]{images/hide5.pdf}
1060 \includegraphics[width=1in]{images/hide6.pdf}
1061 \caption{{\bf Hiding Columns} Hidden columns are represented by a small blue
1062 triangle in the ruler bar.}
1063 \label{hidecol}
1064 \end{center}
1065 \end{figure}
1066
1067 It is often easier to select the region that you intend to work with, rather
1068 than the regions that you want to hide. In this case, select the required region and use the {\sl View $\Rightarrow$ Hide
1069 $\Rightarrow$ All but Selected Region } menu entry, or press [Shift]+[Ctrl]+H
1070 to hide the unselected region.
1071
1072 \subsection{Representing a Group with a Single Sequence}
1073
1074 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. 
1075
1076 \exercise{Hiding and Revealing Regions}{
1077 \exstep{Close all windows, open the PFAM accession PF03460 from the PFAM (seed)
1078 database.
1079 Select a contiguous set of sequences by clicking and dragging on the sequence ID panel.
1080 Right click on the selected sequence IDs to bring up the sequence ID context
1081 menu, select {\sl Hide Sequences}.
1082 }
1083 \exstep{
1084 Right click on the blue triangle indicating hidden sequences and select {\sl
1085 Reveal Sequences} in the panel. (If you have hidden all sequences then you will
1086 need to use the alignment window menu option {\sl View $\Rightarrow$ Show $\Rightarrow$ 
1087 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 \exstep{Select a region of the alignment, then add in some additional columns to
1095 the selection, and experiment with the `Hide all but selected region' function
1096 in {\sl View $\Rightarrow$ Hide $\Rightarrow$ All but selected region.}}
1097 \exstep{Select some sequences and pick one to represent the rest by hovering
1098 the mouse over this sequence. Bring up the Sequence ID context menu by right
1099 clicking and then select {\sl (Sequence ID name) $\Rightarrow$ Represent group
1100 with (Sequence ID name )}. To reveal these hidden sequences, right click on the
1101 Sequence ID and in the pop-up menu select Reveal All.}
1102 {\bf A video about this exercise is available on the Jalview website
1103 at \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
1104 }
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 \section{Introducing and Removing Gaps}
1128 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).
1129
1130 \subsection{Locked Editing}
1131 \label{lockededits}
1132 The Jalview alignment editing model is different to that used in other alignment
1133 editors. Because edits are restricted to the insertion and deletion of gaps to the left of a particular sequence position, 
1134 editing has the effect of shifting the rest of the sequence(s) being edited down or up-stream with respect to the rest of 
1135 alignment. The {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps} option can be enabled to eliminate `ragged edges' at the end of the alignment, 
1136 but does not avoid the `knock-on' effect which is sometimes undesirable. 
1137 However, its effect can be limited by performing the edit within a selected region. 
1138 In this case, gaps will only be removed or inserted within the selected region. 
1139 Edits are similarly constrained when they occur adjacent to a hidden column.
1140
1141 \subsection{Introducing Gaps in a Single Sequence}
1142 To introduce a gap, first select the sequence in the sequence ID panel and
1143 then place the cursor on the residue to the immediate right of where the gap
1144 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.
1145
1146 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.
1147
1148 \subsection{Introducing Gaps in all Sequences of a Group}
1149 To insert gaps in all sequences in a selection or group, select the
1150 required sequences in the sequence ID panel and then place the mouse cursor on
1151 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.
1152
1153 Gaps can be removed by dragging the residue to the immediate right of the gap
1154 leftwards whilst holding down [SHIFT] (for single sequences) or [CTRL] (for a group of sequences).
1155
1156 \subsection{Sliding Sequences}
1157 Pressing the [$\leftarrow$] or [$\rightarrow$] arrow keys when one or more
1158 sequences are selected will ``slide'' the entire selected sequences to the left
1159 or right (respectively). Slides occur regardless of the region selection -
1160 which, for example, allows you to easily reposition misaligned subfamilies
1161 within a larger alignment.
1162 % % better idea to introduce hiding sequences, and use the invert selection, hide
1163 % others, to simplify manual alignment construction
1164
1165 \exercise{Editing Alignments}
1166   %\label{mousealedit}
1167 % TODO: VERIFY FOR 2.6.1 and 2.7 - NUMBERING/INSTRUCTIONS APPEAR OFF
1168 {You are going to manually reconstruct part of the example Jalview
1169 alignment available at
1170  \href{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}
1171  {http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}.
1172 Remember to use [CTRL]+Z to undo an edit, or the {\sl File $\Rightarrow$
1173  Reload } function to revert the alignment back to the original version if you
1174  want to start again.
1175  
1176 {\sl Note: If you are using OSX, and a key combination - such as [CTRL]+A - does
1177  not work, then try pressing the [CMD] key instead of [CTRL].}
1178
1179 \exstep{ Load the URL
1180 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa} which contains part of the
1181 ferredoxin alignment from PF03460.}
1182
1183 \exstep{ Select the first 7 sequences, and press H to hide them (or right click
1184 on the sequence IDs to open the sequence ID pop-up menu, and select {\sl Hide
1185 Sequences}).}
1186
1187 \exstep{ Select FER3\_RAPSA and FER\_BRANA. Slide the sequences to
1188 the right so the initial residue A lies at column 57 using the $\Rightarrow$
1189 key.}
1190
1191 \exstep{ Select FER1\_SPIOL, FER1\_ARATH, FER2\_ARATH, Q93Z60\_ARATH and
1192 O80429\_MAIZE
1193 (Hint: you can do this by pressing [CTRL]-I to invert the sequence selection and then
1194 deselect FER1\_MAIZE), and use the $\Rightarrow$ key to slide them to so they
1195 begin at column 5 of the alignment view.} 
1196
1197 \exstep{ Select all the visible
1198 sequences (those not hidden) in the block by pressing [CTRL]-A.
1199 Insert a single
1200 gap in all selected sequences at column 38 of the alignment by holding [CTRL]
1201 and clicking on the R at column 38 in the FER1\_SPIOL, then drag one
1202 column to right.
1203 Insert another gap at column 47 in all sequences in the same way.}
1204
1205 \exstep{ Correct the ferredoxin domain alignment for FER1\_SPIOL by
1206 inserting two additional gaps after the gap at column 47: First press [ESC] to
1207 clear the selection, then hold [SHIFT] and click and drag on the G and move it
1208 two columns to the right.}
1209
1210 \exstep{ Now complete the
1211 alignment of FER1\_SPIOL with a {\bf locked edit} by pressing [ESC] and select
1212 columns 47 to 57 of the FER1\_SPIOL row. Move the mouse onto the G at column 50,
1213 hold [SHIFT] and drag the G in column 47 of FER1\_SPIOL to the left by one
1214 column to insert a gap at column 57.}
1215
1216 \exstep{ In the next two steps you will complete the alignment of the last two 
1217 sequences.
1218
1219 Select the last two sequences (FER1\_MAIZE and O80429\_MAIZE), then press [SHIFT]
1220 and click and drag the initial methionine of O80429\_MAIZE 5 columns to the right
1221 so it lies at column 10.
1222
1223 Keep holding [SHIFT] and click and drag to insert
1224 another gap at the proline at column 25 (25C in cursor mode). Remove the gap at
1225 column 44, and insert 4 gaps at column 47 (after AAPM).}
1226
1227 \exstep{ Hold [SHIFT] and drag the I at column 39 of FER1\_MAIZE 2 columns to the
1228 right. Remove the gap at FER1\_MAIZE column 49 by [SHIFT]+click and drag left by
1229 one column. Press [ESC] to clear the selection, and then insert three gaps in
1230 FER1\_MAIZE at column 47 by holding [SHIFT] and click and drag the S in FER1\_MAIZE to the right by three columns. Finally,
1231 remove the gap in O80429\_MAIZE at column 56 using [SHIFT]-drag to the left on
1232 56C.}
1233
1234 \exstep{ Use the
1235 {\sl Edit $\Rightarrow$ Undo Edit} and {\sl Edit $\Rightarrow$ Redo Edit} menu
1236 option, or their keyboard shortcuts ([CTRL]+Z and [CTRL]+Y) to step 
1237 backwards and replay the edits you have made.}
1238 }
1239
1240 \subsection{Editing in Cursor mode}
1241 Gaps can be easily inserted when in cursor mode (toggled with [F2]) by
1242 pressing [SPACE]. Gaps will be inserted at the cursor, shifting the residue
1243 under the cursor to the right. To insert {\sl n} gaps type {\sl n} and then
1244 press [SPACE]. To insert gaps into all sequences of a group, use [CTRL]-[SPACE]
1245 or [SHIFT]-[SPACE] (both keys held down together).
1246
1247 Gaps can be removed in cursor mode by pressing [BACKSPACE]. First make sure you
1248 have everything unselected by pressing ESC. The gap under the cursor will be
1249 removed. To remove {\sl n} gaps, type {\sl n} and then press [BACKSPACE]. Gaps
1250 will be deleted up to the number specified. To delete gaps from all sequences of
1251 a group, press [CTRL]-[BACKSPACE] or [SHIFT]-[BACKSPACE] (both keys held down
1252 together). Note that the deletion will only occur if the gaps are in the same
1253 columns in all sequences in the selected group, and those columns are to the
1254 right of the selected residue.
1255
1256 \section{Undoing Edits}
1257 Jalview supports the undoing of edits {\sl via} the {\sl Edit $\Rightarrow$ Undo Edit}
1258 alignment window menu option, or CTRL-Z. An edit, if undone, may be re-applied
1259 with {\sl Edit $\Rightarrow$ Redo Edit}, or CTRL-Y. Note, however, that the
1260 {\sl Undo} function only works for edits to the alignment or sequence ordering.
1261 Colouring of the alignment, showing and hiding of sequences or modification of
1262 annotation cannot be undone.
1263
1264 \exercise{Keyboard Edits}
1265 {This continues on from the previous exercise, and recreates the final part of the example ferredoxin
1266 alignment from the unaligned sequences using Jalview's keyboard editing mode.
1267
1268 {\bf Note:} For Mac users, [CTRL]-[SPACE] command
1269 has the same effect as the [SHIFT]-[SPACE] command mentioned in this exercise.
1270 Window users should use [SHIFT]-[SPACE] rather than the [CTRL]-[SPACE] command,
1271 as this command will close the window.
1272
1273 \exstep{Load the sequence alignment at
1274 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa}, or continue using the
1275 edited alignment.  If you continue from the
1276 previous exercise, first right click on the sequence ID panel and select
1277 {\sl Reveal All}. Enter cursor mode by pressing [F2].}
1278 % TODO: BACKSPACE or DELETE WHEN SEQS ARE SELECTED WILL DELETE ALL SEQS JAL-783
1279
1280 \exstep{Insert 58 gaps at the start of the sequence 1 (FER\_CAPAA). Press
1281 {\sl 58} then {\sl [SPACE]}. }
1282
1283 \exstep{Go down one sequence and select rows 2-5 as a block. Click on the second sequence ID (FER\_CAPAN).
1284  Hold down shift and click on the fifth (FER1\_PEA). }
1285
1286 \exstep{Insert 6 gaps at the start of this group. Go to column 1 row 2 by typing
1287 {\sl 1,2} then press {\sl [RETURN]}. Now insert 6 gaps in all the sequences.
1288 Type {\sl 6} then hold down {\sl [SHIFT]} and press {\sl [SPACE]}.}
1289 \exstep{Now insert one gap at column 34 and another at 38. Insert 3 gaps at 47.
1290 Press {\sl 34C} then {\sl [SHIFT]-[SPACE]}.  Press {\sl 38C} then
1291 [SHIFT]-[SPACE].
1292 Press {\sl 47C} then {\sl 3 [SHIFT-SPACE]} the first through fourth sequences
1293 are now aligned.}
1294 \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]} .}
1295 \exstep{ Similarly delete the gap now at column 34, then insert two gaps at
1296 column 38.
1297 Press {\sl 34C [BACKSPACE]  38C 2 [SPACE]}. Delete three gaps at column 44 and
1298 insert one at column 47 by pressing {\sl 44C 3 [BACKSPACE] 47C [SPACE]}.  The top five sequences are 
1299 now aligned.}
1300 }
1301
1302 \chapter{Colouring Sequences and Figure Generation}
1303 \label{colouringfigures}
1304 \section{Colouring Sequences}
1305 \label{colours}
1306
1307 Colouring sequences is a key aspect of alignment presentation. Jalview allows
1308 you to colour the whole alignment, or just specific groups. Alignment and
1309 group colours are rendered
1310 {\sl below} any other colours, such as those arising from sequence features
1311 (these are described in Section \ref{featannot}). This means that if you
1312 try to apply one of the colourschemes described in this section, and nothing
1313 appears to happen, it may be that you have sequence feature annotation
1314 displayed, and you may have to disable it using the {\sl View $\Rightarrow$
1315 Show Features} option before you can see your colourscheme.
1316
1317 There are two main types of colouring styles: {\bf simple static residue}
1318 colourschemes and {\bf dynamic schemes} which use conservation and consensus
1319 analysis to control colouring. {\bf Hybrid colouring} is also possible, where
1320 static residue schemes are modified using a dynamic scheme. The individual schemes are described in Section \ref{colscheme} below.
1321
1322 \subsection{Colouring the Whole Alignment}
1323
1324 \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. 
1325
1326 }\parbox[c]{3in}{
1327 \centerline {
1328 \includegraphics[width=2.5in]{images/colour2.pdf}
1329 }
1330 }
1331
1332 \subsection{Colouring a Group or Selection}
1333
1334 Selections or groups can be coloured in two ways. The first is {\sl via} the Alignment Window's {\sl Colour} menu as stated above,
1335  after first ensuring that the {\sl Apply Colour To All Groups} flag is {\bf
1336  not} selected.
1337  This must be turned {\sl off} specifically as it is {\sl on} by default. 
1338  When unticked, selections from the Colours menu will only change the colour for residues in the current selection, 
1339  or the alignment view's ``background colourscheme'' when no selection exists.
1340
1341 The second method is to select sequences and right click mouse to open pop-up
1342 menu and select {\sl Selection $\Rightarrow$ Edit New Group $\Rightarrow$ Group
1343 Colour} from context menu options
1344 (Figure \ref{colgrp}). This only changes the colour of the current selection or group.
1345
1346 \begin{figure}[htbp]
1347 \begin{center}
1348 %TODO update group_col.pdf to show latest jalview group edit submenu
1349 \includegraphics[width=4in]{images/group_col.pdf}
1350 \caption{{\bf Colouring a group via the context menu.}}
1351 \label{colgrp}
1352 \end{center}
1353 \end{figure}
1354
1355 \subsection{Shading by Conservation}
1356 For many colour schemes, the intensity of the colour in a column can be scaled
1357 by the degree of amino acid property conservation. Selecting {\sl Colour
1358 $\Rightarrow$ By Conservation} enables this mode, and {\sl Modify
1359 Conservation Threshold...} brings up a selection box (the {\sl Conservation
1360 Colour Increment} dialog box) allowing the alignment colouring to be modified.
1361 Selecting a higher value limits colouring to more highly conserved columns (Figure \ref{colcons}).
1362
1363  \begin{figure}[htbp]
1364 \begin{center}
1365 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons1.pdf}
1366 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons3.pdf}
1367 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons5.pdf}
1368 \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.
1369 }
1370 \label{colcons}
1371 \end{center}
1372 \end{figure}
1373
1374 \subsection{Thresholding by Percentage Identity}
1375
1376 `Thresholding' is another hybrid colour model where a residue is only coloured
1377 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).
1378
1379 \subsection{Colouring by Annotation}
1380 \label{colourbyannotation}
1381 \parbox[c]{3.2in}{
1382 Any of the {\bf quantitative} annotations shown on an alignment can be used to
1383 threshold or shade the whole alignment.\footnote{Please remember to turn off
1384 Sequence Feature display to see the shading} 
1385
1386 The {\sl Colour $\Rightarrow$ By
1387 Annotation} option opens a dialog which allows you to select which annotation
1388 to use, the minimum and maximum shading colours or whether the original
1389 colouring should be thresholded (the `Use original colours' option).
1390
1391 Default settings for minimum and maximum colours can be set in the Jalview
1392 Desktop's preferences.  
1393 }\parbox[c]{3in}{
1394 \centerline{\includegraphics[width=2.8in]{images/col_byannot.pdf}}}
1395
1396 The {\bf per Sequence} option in the {\bf Colour By Annotation} dialog
1397 allows each sequence to be shaded according to sequence associated annotation
1398 rows, such as protein disorder scores. This functionality is described further
1399 in Section \ref{protdisorderpred}.
1400
1401 \subsection{Colour Schemes} 
1402
1403 \label{colscheme}
1404 Full details on each colour scheme can be found in the Jalview on-line help. A brief description of each one is provided below:
1405
1406 \subsubsection{ClustalX}
1407
1408
1409  \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. }
1410 \parbox[c]{3in}{\includegraphics[width=2.75in]{images/col_clustalx.pdf}}
1411
1412 \subsubsection{Blosum62}
1413
1414 \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.}
1415 \parbox[c]{3in}{
1416 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_blosum62.pdf}
1417 }
1418
1419 \subsubsection{Percentage Identity}
1420 \parbox[c]{3.5in}{
1421 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.
1422 }
1423 \parbox[c]{3in}{
1424 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_percent.pdf}
1425 }
1426
1427 \subsubsection{Zappo}
1428 \parbox[c]{3.5in}{
1429 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.
1430 }
1431 \parbox[c]{3in}{
1432 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_zappo.pdf}
1433 }
1434
1435 \subsubsection{Taylor}
1436
1437 \parbox[c]{3.5in}{
1438 This colour scheme was devised by Willie Taylor and an entertaining description of its origin can be found in Protein Engineering, 
1439 Vol 10 , 743-746 (1997).
1440 }
1441 \parbox[c]{3in}{
1442 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_taylor.pdf}
1443 }
1444
1445 \subsubsection{Hydrophobicity}
1446 \parbox[c]{3.5in}{
1447 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.
1448 }
1449 \parbox[c]{3in}{
1450 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_hydro.pdf}
1451 }
1452
1453 \subsubsection{Helix Propensity}
1454
1455 \parbox[c]{3.5in}{
1456 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.
1457 }
1458 \parbox[c]{3in}{
1459 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_helix.pdf}
1460 }
1461
1462 \subsubsection{Strand Propensity}
1463
1464 \parbox[c]{3.5in}{
1465 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} Strand propensity. The highest propensity is Yellow, the lowest is blue.
1466 }
1467 \parbox[c]{3in}{
1468 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_strand.pdf}
1469 }
1470
1471
1472
1473 \subsubsection{Turn Propensity}
1474 \parbox[c]{3.5in}{
1475 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} turn propensity. The highest propensity is red, the lowest is cyan.
1476 }
1477 \parbox[c]{3in}{
1478 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_turn.pdf}
1479 }
1480
1481 \subsubsection{Buried Index}
1482 \parbox[c]{3.5in}{
1483 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} burial propensity. The highest propensity is blue, the lowest is green.
1484 }
1485 \parbox[c]{3in}{
1486 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_buried.pdf}
1487 }
1488  
1489
1490 \subsubsection{Nucleotide}
1491 \parbox[c]{3.5in}{ Residues are coloured with four colours corresponding to the
1492 four nucleotide bases. All non ACTG residues are uncoloured. See Section
1493 \ref{workingwithnuc} for further information about working with nucleic acid
1494 sequences and alignments.
1495 } \parbox[c]{3in}{ \includegraphics[width=2.75in]{images/col_nuc.pdf} }
1496
1497 \subsubsection{Purine Pyrimidine}
1498 \parbox[c]{3.5in}{ Residues are coloured according to whether the corresponding
1499 nucleotide bases are purine (magenta) or pyrimidine (cyan) based. All non ACTG
1500 residues are uncoloured. For further information about working with nucleic acid
1501 sequences and alignments, see Section \ref{workingwithnuc}.
1502 %and Section \ref{workingwithrna}
1503
1504 } \parbox[c]{3in}{ \includegraphics[width=2.75in]{images/col_purpyr.pdf} }
1505
1506 \subsubsection{RNA Helix Colouring}
1507 \parbox[c]{3.5in}{ Columns are coloured according to their assigned RNA helix as
1508 defined by a secondary structure annotation line on the alignment. Colours for
1509 each helix are randomly assigned, and option only available when an RNA
1510 secondary structure row is present on the alignment. 
1511 % For more details see Section \ref{workingwithrna} 
1512 } \parbox[c]{3in}{
1513 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_rnahelix.pdf} }
1514
1515 \exercise{Colouring Alignments}
1516 \exstep{Ensuring that the {\sl Apply Colour To All Groups} flag is not selected
1517 in {\sl View} menu in the alignment window.
1518  This must be turned {\sl off} specifically as it is {\sl on} by default.}
1519 \exstep{
1520 Open a sequence alignment, for example the PFAM domain PF03460 in PFAM seed
1521 database.
1522 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. 
1523 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 selected group,
1532 not the 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 {\bf A video about this exercise is available on the Jalview website
1541 at \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
1542 }
1543
1544 \subsubsection{User Defined}
1545 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}).
1546
1547
1548 \begin{figure}[htbp]
1549 \begin{center}
1550 \includegraphics[width=2.5in]{images/col_user1.pdf}
1551 \includegraphics[width=2in]{images/col_user2.pdf}
1552 \includegraphics[width=1.75in]{images/col_user3.pdf}
1553 \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).}
1554 \label{usercol}
1555 \end{center}
1556 \end{figure}
1557
1558
1559 \exercise{User Defined Colour Schemes}
1560 \exstep{Load a sequence alignment. Select the alignment menu option {\sl Colour $\Rightarrow$ User Defined}. A dialogue window will open.
1561 }
1562 \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.
1563 }
1564 \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.
1565 }
1566 \exstep{
1567 The new colour scheme appears in the list of colour schemes in the {\sl Colour} menu and can be selected in future Jalview sessions.
1568 {\bf A video about this exercise is available on the Jalview website at
1569 at \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
1570 }
1571
1572 \section{Formatting and Graphics Output}
1573 \label{layoutandoutput}
1574 Jalview is a WYSIWIG alignment editor. This means that for most kinds of graphics output, 
1575 the layout that is seen on screen will be the same as what is outputted in an
1576 exported graphics file.
1577 It is therefore important to pick the right kind of display layout prior to generating figures. 
1578
1579 \subsection{Multiple Alignment Views}
1580
1581 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.
1582
1583 \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}{
1584 \begin{center}\centerline{
1585 \includegraphics[width=2.5in]{images/mulv_tabs.pdf}}
1586 \end{center}
1587 }
1588
1589 % JBPNote make an excercise on views ?
1590
1591 \subsection{Alignment Layout}
1592 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).
1593
1594 \subsubsection{Wrapped Alignments}
1595 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. 
1596
1597 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. 
1598 \begin{figure}[htbp]
1599 \begin{center}
1600 \parbox[c]{2in}{\includegraphics[width=2in]{images/wrap1.pdf}}
1601 \parbox[c]{4in}{\includegraphics[width=4in]{images/wrap2.pdf}}
1602 \caption{{\bf Wrapping the alignment.}}
1603 \label{wrap}
1604 \end{center}
1605 \end{figure}
1606
1607
1608 \subsubsection{Fonts}
1609
1610 \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.}
1611 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=1.75in]{images/font.pdf}}}
1612
1613 \subsubsection{Numbering and Label Justification}
1614 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.
1615
1616 \subsubsection{Alignment and Group Colouring and Appearance}
1617 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.  
1618
1619 \subsubsection{Highlighting Nonconserved Symbols}
1620 The alignment layout and group sub-menu both contain an option to hide
1621 conserved symbols from the alignment display ({\sl Format $\Rightarrow$ Show
1622 nonconserved } in the alignment window or {\sl Selection $\Rightarrow$ Group
1623 $\Rightarrow$ Show Nonconserved} by right clicking on a group). This mode is useful when working with
1624 alignments that exhibit a high degree of homology, because Jalview will only
1625 display gaps or sequence symbols that differ from the consensus for each
1626 column, and render all others with a `.'.
1627 %TODO add a graphic to illustrate this.
1628 \subsection{Annotation Ordering and Display}
1629 % TODO: describe consensus, conservation, quality user preferences, and group
1630 % annotation preferences.
1631 The annotation lines which appear below the sequence alignment are described in
1632 detail in Section \ref{featannot}. They can be hidden by toggling the {\sl View
1633 $\Rightarrow$ Show Annotations} menu option. Additionally, each annotation line
1634 can be hidden and revealed in the same way as sequences {\sl via} the
1635 pop-up context menu on the annotation name panel (Figure \ref{annot}).
1636 Annotations can be reordered by dragging the annotation line label on the annotation label panel. Placing the
1637 mouse over the top annotation label brings up a resize icon on the left. When this is
1638 displayed, Click-dragging up and down provides more space in the alignment window for viewing the annotations, and less space for the sequence alignment.
1639
1640 \begin{figure}
1641 \begin{center}
1642 \includegraphics[width=2.5in]{images/annot1.pdf}
1643 \includegraphics[width=2.5in]{images/annot2.pdf}
1644 \caption{{\bf Hiding Annotations} Annotations can either be hidden from the {\sl
1645 View} menu (left) or individually from the context menu (right).}
1646 \label{annot}
1647 \end{center}
1648 \end{figure}
1649
1650 \exercise{Alignment Layout}{
1651 \label{exscreen}
1652 \exstep{Start Jalview and open the URL \textsf{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}. 
1653 Select {\sl Format $\Rightarrow$ Wrap} from the alignment window menu. 
1654 Experiment with the various options from the {\sl Format} menu, for example adjust the ruler placement, 
1655 sequence ID format and so on. }
1656 \exstep{Hide all the annotation rows by toggling {\sl Annotations $\Rightarrow$
1657 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
1658 annotation row labels to bring up the context menu, then select {\sl
1659 Hide This Row}. Bring up the pop-up context menu again and select {\sl
1660 Show All Hidden Rows} to reveal them.}
1661 \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 
1662 above {\sl Quality}. The rows should now be reordered. Features and annotations are covered in more detail in Section \ref{featannot}.}
1663 \exstep{Move the mouse to the top left hand corner of the annotation labels - 
1664 a grey up/down arrow symbol should appear - when this is shown, the height of the {\sl Annotation Area} can be changed 
1665 by clicking and dragging this icon up or down.}
1666 }
1667
1668 \subsection{Graphical Output}
1669 \label{figuregen}
1670 \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. }
1671 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=1.25in]{images/image.pdf}}}
1672
1673 \subsubsection{HTML}
1674
1675 \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.}
1676 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_html.pdf}}}
1677
1678 \subsubsection{EPS}
1679 \parbox[c]{3in}{EPS is Encapsulated Postscript. {\bf It is the format of choice
1680 for publications and posters} as it gives the highest quality output of any of
1681 the image types. It can be scaled to any size, so will still look good on an A0
1682 poster.
1683 This format can be read by most good presentation and graphics packages such as Adobe Illustrator or Inkscape.
1684 }
1685 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_eps.pdf}} \par \centerline{Zoom Detail of EPS image.}}
1686
1687 \subsubsection{PNG}
1688 \parbox[c]{3in}{
1689 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.
1690
1691 For submission of alignment figures to journals, please use EPS\footnote{If the journal complains, {\em insist}.}.
1692 }
1693 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_png.pdf}} \par \centerline{Zoom Detail of PNG image.}}
1694  \exercise{Graphical Output}{
1695 \exstep{Load the example Jalview Jar file in Exercise \ref{exscreen}. 
1696 Customise it how you wish but leave it unwrapped. 
1697 Select {\sl File $\Rightarrow$ Export Image $\Rightarrow$ HTML} from the alignment menu. 
1698 Save the file and open it in your favoured web browser.  }
1699 \exstep{Wrap the alignment and export the image to HTML again. Compare the two
1700 images. (Note that the exported image matches the format displayed in the
1701 alignment window but {\bf annotations are not exported}).}
1702 \exstep{Export the alignment using the {\sl File $\Rightarrow$ Export Image $\Rightarrow$ PNG} menu option. 
1703 Open the file in an image viewer that allows zooming such as Paint or Photoshop (Windows), or Preview (Mac OS X) and zoom in. 
1704 Notice that the image is a bitmap and it becomes pixelated very quickly. 
1705 (Note that the {\bf annotation lines are included} in the image.)}
1706 \exstep{Export the alignment using the {\sl File $\Rightarrow$ Export Image
1707 $\Rightarrow$ EPS} menu option. Open the file in a suitable program such as
1708 Photoshop, Illustrator, Inkscape, Ghostview, Powerpoint (Windows), or
1709 Preview (Mac OS X). Zoom in and note that the image has near-infinite
1710 resolution.} 
1711 }
1712
1713 The next chapters introduce Jalviews analysis features. Chapter \ref{featannot}
1714 describes the mechanisms provided by Jalview for interactive creation of sequence and alignment annotation, and how they can be displayed, imported and exported and used to reorder the alignment. Chapter
1715 \ref{featuresfromdb} discusses the retrieval of database references and
1716 establishment of sequence coordinate systems for the retrieval and display of
1717 features from databases and DAS annotation services.
1718 Chapter \ref{msaservices} describes how to use the range of multiple alignment
1719 programs provided by JABAWS, and Chapter \ref{aacons} introduces JABAWS AACon
1720 service for protein multiple alignment conservation analysis.
1721  In Chapter \ref{alignanalysis}, you will find
1722 descriptions and exercises on building and displaying trees, PCA analysis,
1723 alignment redundancy removal, pairwise alignments and alignment conservation
1724 analysis. 
1725 Chapter \ref{wkwithstructure} introduces the structure visualization
1726 capabilities of Jalview.
1727 Chapter \ref{protsspredservices} explains how to perform protein secondary
1728 structure predictions with JPred, and JABAWS protein disorder prediction
1729 services are introduced in Chapter \ref{protdisorderpred}.
1730 Chapter \ref{workingwithnuc} describes functions and visualization techniques relevant
1731 to working with nucleotide sequences, coding region annotation and nucleotide
1732 sequence alignments.
1733 Chapter \ref{jvwebservices} introduces the various web based services
1734 available to Jalview users, and Chapter \ref{jabaservices} explains how to
1735 configure the Jalview Desktop for access to new JABAWS servers.
1736
1737 \chapter{Annotation and Features}
1738 \label{featannot}
1739 Annotations and features are additional information that is
1740 overlaid on the sequences and the alignment.
1741 Generally speaking, annotations reflect properties of the alignment as a
1742 whole, often associated
1743 with columns in the alignment. Whilst features are associated with specific residues in the sequence.
1744
1745 Annotations are shown below the alignment in the annotation panel, the
1746 properties are often based on the alignment.
1747 Conversely, sequence features are properties of the individual sequences, so they do not change with the alignment, 
1748 but are shown mapped on to specific residues within the alignment. 
1749
1750 Features and annotation can be interactively created, or retrieved from external
1751 data sources. DAS (the Distributed Annotation System) is the primary source of
1752 sequence features, whilst webservices like JNet (see \ref{jpred} above) can be used to analyse a 
1753 given sequence or alignment and generate annotation for it.
1754
1755
1756 \section{Conservation, Quality and Conservation Annotation}
1757 \label{annotationintro}
1758 Jalview automatically calculates several quantitative alignment annotations
1759 which are displayed as histograms below the multiple sequence alignment columns. 
1760 Conservation, quality and conservation scores are examples of dynamic
1761 annotation, so as the alignment changes, they change along with it.
1762 The scores can be used in the hybrid colouring options to shade the alignments. 
1763 Mousing over a conservation histogram reveals a tooltip with more information.
1764
1765 These annotations can be hidden and deleted via the context menu linked to the
1766 annotation row; but they are only created on loading an alignment. If they are
1767 deleted then the alignment should be saved and then reloaded to restore them.
1768 Jalview provides a toggle to autocalculate a consensus sequence upon editing. This is normally selected by default, but can be turned off for
1769 large alignments {\sl via} the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Autocalculate
1770 Consensus} menu option if the interface is too slow.
1771
1772 \subsubsection{Conservation Annotation}
1773
1774 Alignment conservation annotation is quantitative numerical index reflecting the
1775 conservation of the physico-chemical properties for each column of the alignment. 
1776 The calculation is based on AMAS method of multiple sequence alignment analysis (Livingstone C.D. and Barton G.J. (1993) CABIOS Vol. 9 No. 6 p745-756), 
1777 with identities scoring highest, and amino acids with substitutions in the same physico-chemical class have next highest score. 
1778 The score for each column is shown below the histogram. 
1779 The conserved columns with a score of 11 are indicated by '*'.
1780 Columns with a score of 10 have mutations but all properties are conserved are marked with a '+'.
1781
1782 \subsubsection{Consensus Annotation}
1783
1784 Alignment consensus annotation reflects the percentage of the different residue
1785 per column. By default this calculation includes gaps in columns, gaps can be ignored via the Consensus label context 
1786 menu to the left of the consensus bar chart. 
1787 The consensus histogram can be overlaid
1788 with a sequence logo that reflects the symbol distribution at each column of
1789 the alignment. Right click on the Consensus annotation row and select the {\sl Show
1790 Logo} option to display the Consensus profile for the group or alignment.
1791 Sequence logos can be enabled by default for all new alignments {\sl via} the
1792 Visual tab in the Jalview desktop's preferences dialog box.
1793
1794 \subsubsection{Quality Annotation}
1795
1796 Alignment quality annotation is an ad-hoc measure of the likelihood of observing
1797 the mutations (if any) in a particular column of the alignment. The quality score is calculated for each column in an alignment by summing, 
1798 for all mutations, the ratio of the two BLOSUM 62 scores for a mutation pair and each residue's conserved BLOSUM62 score (which is higher). 
1799 This value is normalised for each column, and then plotted on a scale from 0 to 1.
1800
1801 \subsubsection{Group Associated Annotation}
1802 \label{groupassocannotation}
1803 Group associated consensus and conservation annotation rows reflect the
1804 sequence variation within a particular group. Their calculation is enabled
1805 by selecting the {\sl Group Conservation} or {\sl Group Consensus} options in
1806 the {\sl Annotation $\Rightarrow$ Autocalculated Annotation } submenu of the
1807 alignment window. 
1808
1809 \subsection{Creating User Defined Annotation}
1810
1811 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}).
1812 A dialogue box appears. Enter the label to use for this row and a new row will appear.
1813
1814 To create a new annotation, first select all the positions to be annotated on the appropriate row. 
1815 Right-clicking on this selection brings up the context menu which allows the insertion of graphics for secondary structure ({\sl Helix} or {\sl Sheet}), 
1816 text {\sl Label} and the colour in which to present the annotation (Figure \ref{newannot}). On selecting {\sl Label} a dialogue box will appear, 
1817 requesting the text to place at that position. After the text is entered, the selection can be removed and the annotation becomes clearly 
1818 visible\footnote{When annotating a block of positions, the text can be partly obscured by the selection highlight. Pressing the  [ESC] key clears 
1819 the selection and the label is then visible.}. Annotations can be coloured or deleted as desired.
1820
1821 \begin{figure}[htbp]
1822 \begin{center}
1823 \includegraphics[width=1.3in]{images/annots1.pdf}
1824 \includegraphics[width=2in]{images/annots2.pdf}
1825 \caption{{\bf Creating a new annotation row.} Annotation rows can be reordered by dragging them to the desired place.}
1826 \label{newannotrow}
1827 \end{center}
1828 \end{figure}
1829
1830 \begin{figure}[htbp]
1831 \begin{center}
1832 \includegraphics[width=2in]{images/annots3.pdf}
1833 \includegraphics[width=2in]{images/annots4.pdf}
1834 \includegraphics[width=2in]{images/annots5.pdf}
1835 \caption{{\bf Creating a new annotation.} Annotations are created from a selection on the annotation row and can be coloured as desired.}
1836 \label{newannot}
1837 \end{center}
1838 \end{figure}
1839
1840 \subsection{Automated Annotation of Alignments and Groups}
1841
1842 On loading a sequence alignment, Jalview will normally\footnote{Automatic
1843 annotation can be turned off in the {\sl Visual } tab in the {\sl Tools
1844 $\Rightarrow$ Preferences } dialog box.} calculate a set of automatic annotation
1845 rows which are shown below the alignment. For nucleotide sequence alignments,
1846 only an alignment consensus row will be shown, but for amino acid sequences,
1847 alignment quality (based on BLOSUM 62) and physicochemical conservation will
1848 also be shown. Conservation is calculated according to Livingstone and
1849 Barton\footnote{{\sl ``Protein Sequence Alignments: A Strategy for the
1850 Hierarchical Analysis of Residue Conservation." } Livingstone C.D. and Barton
1851 G.J. (1993) {\sl CABIOS } {\bf 9}, 745-756}.
1852 Consensus is the modal residue (or {\tt +} where there is an equal top residue).
1853 The inclusion of gaps in the consensus calculation can be toggled by
1854 right-clicking on the the Consensus label and selecting {\sl Ignore Gaps in
1855 Consensus} from the pop-up context menu located with consensus annotation row.
1856 Quality is a measure of the inverse likelihood of unfavourable mutations in the alignment. Further details on these
1857 calculations can be found in the on-line documentation.
1858
1859
1860 \exercise{Annotating Alignments}{
1861 \exstep{Load the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. 
1862 Right-click on the {\sl Conservation} annotation row to
1863 bring up the context menu and select {\sl Add New Row}. A dialogue box will appear asking for  {\sl Label for annotation}. 
1864 Enter ``Iron binding site" and click OK. A new, empty, row appears.
1865 }
1866 \exstep{
1867 Navigate to column 97. Move down and on the new annotation row called
1868 ``Iron binding site, select column 97.
1869 Right click at this selection and select {\sl Label} from the context menu.
1870 Enter ``Fe" in the box and click OK. Right-click on the selection again and select {\sl Colour}. 
1871 Choose a colour from the colour chooser dialogue 
1872 and click OK. Press [ESC] to remove the selection.
1873 }
1874 \exstep{ Select columns 70-77 on the annotation row. Right-click and choose {\sl Sheet} from the
1875  context menu. You will be prompted for a label. Enter ``B" and press OK. A new line showing the 
1876  sheet as an arrow appears. The colour of the label can be changed but not the colour of the sheet 
1877  arrow. 
1878 }
1879 \exstep{Right click on the title text of annotation row that you just created. 
1880 Select {\sl Export Annotation} and, in the {\bf Export Annotation} dialog box that will open, select the Jalview format and click 
1881 the [To Textbox] button. 
1882
1883 The format for this file is given in the Jalview help. Press [F1] to open it, and find 
1884 the ``Annotations File Format'' entry in the ``Alignment Annotations'' section of the contents 
1885 pane. }
1886
1887 \exstep{Export the file to a text editor and edit the file to change the name of the annotation 
1888 row. Save the file and drag it onto the alignment view.}
1889 \exstep{Try to add an additional helix somewhere along the row by editing the file and 
1890 re-importing it.
1891 {\sl Hint: Use the {\bf Export Annotation} function to view what helix annotation looks like in 
1892 a Jalview annotation file.}}
1893 \exstep{Use the {\sl Alignment Window $\Rightarrow$ File $\Rightarrow$ Export Annotations...} 
1894 function to export all the alignment's annotation to a file.}
1895 \exstep{Open the exported annotation in a text editor, and use the {\bf Annotation File Format} 
1896 documentation to modify the style of the Conservation, Consensus and Quality annotation rows so 
1897 they appear as several lines on a single line graph.
1898 {\sl Hint: You need to change the style of annotation row in the first field of the annotation 
1899 row entry in the file, and create an annotation row grouping to overlay the three quantitative 
1900 annotation rows.}
1901 }
1902 \label{viewannotfileex}\exstep{Recover or recreate the secondary structure
1903 prediction that you made in exercise \ref{secstrpredex}. Use the {\sl File $\Rightarrow$ Export 
1904 Annotation} function to view the Jnet secondary structure prediction annotation row. Note the 
1905 {\bf SEQUENCE\_REF} statements surrounding the row specifying the sequence association for the 
1906 annotation. } }
1907
1908
1909 \section{Importing Features from Databases}
1910 \label{featuresfromdb}
1911 Jalview supports feature retrieval from public databases either directly or {\sl
1912 via} the Distributed Annotation System (DAS\footnote{http://www.biodas.org/}).
1913 It includes built in parsers for Uniprot and ENA (or EMBL) records retrieved
1914 from the EBI. Sequences retrieved from these sources using the sequence fetcher (see
1915 Section \ref{fetchseq}) will already possess features.
1916
1917 \subsection{Sequence Database Reference Retrieval}
1918 \label{fetchdbrefs}
1919 Jalview maintains a list of external database references for each sequence in
1920 an alignment. These are listed in a tooltip when the mouse is moved over the
1921 sequence ID when the {\sl View $\Rightarrow$ Sequence ID Tooltip $\Rightarrow$
1922 Show Database Refs } option is enabled. Sequences retrieved using the sequence
1923 fetcher will always have at least one database reference, but alignments
1924 imported from an alignment file generally have no database references.
1925
1926 \subsubsection{Database References and Sequence Coordinate Systems}
1927
1928 Jalview displays features in the local sequence's coordinate system which is
1929 given by its `start' and `end'. Any sequence features on the sequence will be
1930 rendered relative to the sequence's start position. If the start/end positions
1931 do not match the coordinate system from which the features were defined, then
1932 the features will be displayed incorrectly.
1933
1934 \subsubsection{Viewing and Exporting a Sequence's Database Annotation}
1935
1936 You can export all the database cross references and annotation terms shown in
1937 the sequence ID tooltip for a sequence by right-clicking and selecting the {\sl
1938 [Sequence ID] $\Rightarrow$ Sequence details \ldots} option from the popup menu.
1939 A similar option is provided in the {\sl Selection} sub-menu allowing you to
1940 obtain annotation for the sequences currently selected. 
1941
1942 \parbox[l]{3.4in}{
1943 The {\sl Sequence Details
1944 \ldots} option will open a window containing the same text as would be shown in
1945 the tooltip window, including any web links associated with the sequence. The
1946 text is HTML, and options on the window allow the raw code to be copied and
1947 pasted into a web page.}
1948 \parbox[c]{3in}{
1949 \centerline{\includegraphics[width=2.2in]{images/seqdetailsreport.pdf}}}
1950
1951 \subsubsection{Automatically Discovering a Sequence's Database References}
1952 Jalview includes a function to automatically verify and update each sequence's
1953 start and end numbering against any of the sequence databases that the {\sl
1954 Sequence Fetcher} has access to. This function is accessed from the {\sl
1955 Webservice $\Rightarrow$ Fetch DB References} sub-menu in the Alignment
1956 window. This menu allows you to query either the set of {\sl Standard
1957 Databases}, which includes EMBL, Uniprot, the PDB, and the currently selected
1958 DAS sequence sources, or just a specific datasource from one of the submenus.
1959 When one of the entries from this menu is selected, Jalview will use the ID
1960 string from each sequence in the alignment or in the currently selected set to
1961 retrieve records from the external source. Any sequences that are retrieved are
1962 matched against the local sequence, and if the local sequence is found to be a
1963 sub-sequence of the retrieved sequence then the local sequence's start/end
1964 numbering is updated.  A new database reference mapping is created, mapping the
1965 local sequence to the external database, and the local sequence inherits any
1966 additional annotation retrieved from the database sequence.
1967
1968 The database retrieval process terminates when a valid mapping is found for a
1969 sequence, or if all database queries failed to retrieve a matching sequence.
1970 Termination is indicated by the disappearance of the moving progress indicator
1971 on the alignment window. A dialog box may be shown once it completes which
1972 lists sequences for which records were found, but the sequence retrieved from
1973 the database did not exactly contain the sequence given in the alignment (the
1974 {\sl ``Sequence not 100\% match'' dialog box}).
1975
1976 \exercise{Retrieving Database References}{
1977 \exstep{Load the example alignment at http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}
1978 \exstep{Verify that there are no database references for the sequences by first
1979 checking that the {\sl View $\Rightarrow$ Sequence ID Tooltip $\Rightarrow$ Show
1980 Database Refs} option is selected, and then mousing over each sequence's ID.}
1981 \exstep{Use the {\sl Webservice $\Rightarrow$ Fetch DB References} menu option to retrieve database IDs for the sequences.}
1982 \exstep{Examine the tooltips for each sequence in the alignment as the retrieval progresses - note the appearance of new database references.}
1983 \exstep{Once the process has finished, save the alignment as a Jalview Project.}
1984 \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}
1985
1986 \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 ?}
1987
1988 }
1989
1990 \subsection{Retrieving Features {\sl via} DAS}
1991 \label{dasfretrieval}
1992 Jalview includes a client to retrieve features from DAS annotation servers. To
1993 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.
1994
1995 \begin{figure}[htbp]
1996 \begin{center}
1997 \includegraphics[width=2.5in]{images/das1.pdf}
1998 \includegraphics[width=2.5in]{images/das2.pdf}
1999 \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).}
2000 \label{das}
2001 \end{center}
2002 \end{figure}
2003
2004 Select appropriate DAS sources as required then click on {\sl Fetch DAS
2005 Features}. If you know of additional sources not listed in the configured
2006 registry, then you may add them with the {\sl Add Local Source} button. Use
2007 the {\sl Authority},{\sl Type}, and {\sl Label} filters to restrict the list
2008 of sources to just those that will return features for the sequences in the
2009 alignment.
2010
2011 Following DAS feature retrieval, the {\sl Feature Settings} panel takes on a
2012 slightly different appearance (Figure \ref{das} (right)). Each data source is
2013 listed and groups of features from one data source can be selected/deselected
2014 by checking the labelled box at the top of the panel.
2015
2016 \exercise{Retrieving Features with DAS}{
2017 \label{dasfeatretrexcercise}
2018 \exstep{Load the alignment at
2019 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}.  Select {\sl View
2020 $\Rightarrow$ Feature Settings \ldots} from the alignment window menu. Select
2021 the {\sl DAS Settings} tab. A long list of available DAS sources is listed. 
2022 Select a small number, eg Uniprot, DSSP, signalP and netnglyc. Click. 
2023 A window may prompt whether you wish Jalview to fetch DAS features. Click {\sl
2024 Yes}.
2025 Jalview will start retrieving features. As features become available they will be mapped onto the alignment. } 
2026 \exstep{If Jalview is taking too long to retrieve features, the process can be cancelled with the {\sl Cancel Fetch} button. 
2027 Rolling the mouse cursor over the sequences reveals a large number of features annotated in the tool tip. 
2028 Close the Sequence Feature Settings window. }
2029 \exstep{Move the mouse over the sequence ID panel. 
2030 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.}
2031 \exstep{Search through the alignment to find a feature with a link symbol next to it. 
2032 Right click to bring up the alignment view popup menu, and find a corresponding entry in the {\sl Link } sub menu. }
2033 % TODO this doesn't work ! \includegraphics[width=.3in]{images/link.pdf}
2034
2035 \exstep{
2036 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.
2037 }
2038 \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.
2039 }
2040
2041 \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.}
2042
2043 \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. 
2044 % TODO: describe working with features files and GFF
2045 }
2046 }
2047
2048 \subsubsection{The Fetch Uniprot IDs Dialog Box}
2049 \label{discoveruniprotids}
2050 If any sources are selected which refer to Uniprot coordinates as their reference system, 
2051 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. 
2052
2053 \subsubsection{Rate of Feature Retrieval}
2054 Feature retrieval can take some time if a large number of sources is selected and if the alignment 
2055 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.
2056
2057
2058 \subsection{Colouring Features by Score or Description
2059 Text}
2060 \label{featureschemes}
2061 Sometimes, you may need to visualize the differences in information carried by
2062 sequence features of the same type. This is most often the case when features
2063 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
2064 features using a graduated colourscheme in order to highlight these variations.
2065 In order to apply a graduated scheme to a feature type, select the `Graduated
2066 colour' entry in the Sequence {\sl Feature Type}'s popup menu, which is opened by
2067 right-clicking the {\sl Feature Type} or {\sl Color} in the {\sl Sequence Feature Settings} dialog box. Two types
2068 of colouring styles are currently supported: the default is quantitative
2069 colouring, which shades each feature based on its score, with the highest
2070 scores receiving the `Max' colour, and the lowest scoring features coloured
2071 with the `Min' colour. Alternately, you can select the `Colour by label'
2072 option to create feature colours according to the description text associated
2073 with each feature. This is useful for general feature types - such as
2074 Uniprot's `DOMAIN' feature - where the actual type of domain is given in the
2075 feature's description.
2076
2077 Graduated feature colourschemes can also be used to exclude low or
2078 high-scoring features from the alignment display. This is done by choosing your
2079 desired threshold type (either above or below), using the drop-down menu in the
2080 dialog box. Then, adjust the slider or enter a value in the text box to set the
2081 threshold for displaying this type of feature.
2082
2083 The feature settings dialog box allows you to toggle between a graduated and
2084 simple feature colourscheme using the pop-up menu for the feature type. When a
2085 graduated scheme is applied, it will be indicated in the colour column for
2086 that feature type - with coloured blocks or text to indicate the colouring
2087 style and a greater than ($>$) or less than ($<$) symbol to indicate when a
2088 threshold has been defined.
2089
2090 \subsection{Using Features to Re-order the Alignment}
2091 \label{featureordering}
2092 The presence of sequence features on certain sequences or in a particular
2093 region of an alignment can quantitatively identify important trends in
2094 the aligned sequences. In this case, it is more useful to
2095 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
2096 dialog box provides two buttons: `Seq sort by Density' and `Seq sort by
2097 Score', that allow you to reorder the alignment according to the number of
2098 sequence features present on each sequence, and also according to any scores
2099 associated with a feature. Each of these buttons uses the currently displayed
2100 features to determine the ordering, but
2101 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
2102 popup menu. Simply right-click the type's style in the Sequence Feature Settings dialog
2103 box, and select one of the {\sl Sort by Score} and {\sl Sort by Density}
2104 options to re-order the alignment. Finally, if a specific region is selected,
2105 then only features found in that region of the alignment will be used to
2106 create the new alignment ordering.
2107 % \exercise{Shading and Sorting Alignments using Sequence Features}{
2108 % \label{shadingorderingfeatsex}
2109
2110 % This exercise is currently not included in the tutorial because no DAS servers
2111 % currently exist that yield per-residue features for any Uniprot sequence. 
2112
2113 % \exstep{Re-load the alignment from \ref{dasfeatretrexcercise}.
2114 % }
2115 % \exstep{Open the
2116 % feature settings panel, and, after first clearing the current
2117 % selection, press the {\em Seq Sort by Density} button a few times.}
2118 % \exstep{Use the DAS fetcher to retrieve the Kyte and Doolittle Hydrophobicity
2119 % scores for the protein sequences in the alignment.
2120 % {\sl Hint: the nickname for the das source is `KD$\_$hydrophobicity'.}}
2121 % \exstep{Change the feature settings so only the hydrophobicity features are
2122 % displayed. Mouse over the annotation and also export and examine the GFF and
2123 % Jalview features file to better understand how the hydrophobicity measurements
2124 % are recorded.}
2125 % \exstep{Apply a {\sl Graduated Colour} to the hydrophobicity annotation to
2126 % reveal the variation in average hydrophobicity across the alignment.}
2127 % \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
2128 % hydrophobicity.}
2129 % \exstep{Save the alignment as a project, for use in exercise
2130 % \ref{threshgradfeaturesex}.} }
2131
2132 % \exercise{Shading alignments with combinations of graduated feature
2133 % colourschemes}{
2134 % \label{threshgradfeaturesex}
2135 % \exstep{Reusing the annotated alignment from exercise
2136 % \ref{shadingorderingfeatsex}, experiment with the colourscheme threshold to
2137 % 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.}
2138 % \exstep{Change the colourscheme so
2139 % that features at the threshold are always coloured grey, and the most
2140 % hydrophobic residues are coloured red, regardless of the threshold value
2141 % ({\em hint - there is a switch on the dialog to do this for you}).}
2142 % \exstep{Enable the Uniprot {\em chain} annotation in the feature settings
2143 % display and re-order the features so it is visible under the hydrophobicity
2144 % annotation.}
2145 % \exstep{Apply a {\sl Graduated Colour} to the {\em chain}
2146 % annotation so that it distinguishes the different canonical names associated
2147 % with the mature polypeptide chains.}
2148 % \exstep{Export the alignment's sequence features using the Jalview and GFF file formats, to see how the different types of graduated feature
2149 % colour styles are encoded. }
2150 % }
2151
2152 \subsection{Creating Sequence Features}
2153 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.
2154
2155 \begin{figure}[htbp]
2156 \begin{center}
2157 \includegraphics[width=2in]{images/feature1.pdf}
2158 \includegraphics[width=2.5in]{images/feature2.pdf}
2159 \includegraphics[width=1.5in]{images/feature3.pdf}
2160 \caption{{\bf Creating sequence features.} Features can readily be created from selections via the context menu and are then displayed on the sequence. }
2161 \label{features}
2162 \end{center}
2163 \end{figure}
2164
2165 Creation of features from a selection spanning multiple sequences results in the creation of one feature per sequence. 
2166 Each feature remains associated with its own sequence.
2167
2168 \subsection{Customising Feature Display}
2169
2170 Feature display can be toggled on or off by selecting the {\sl View
2171 $\Rightarrow$ Show Sequence Features} menu option. When multiple features are
2172 present it is usually necessary to customise the display. Jalview allows the
2173 display, colour, rendering order and transparency of features to be modified
2174 {\sl via} the {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} menu option. This
2175 brings up a dialogue window (Figure \ref{custfeat}) which allows the
2176 visibility of individual feature types to be selected, colours changed (by
2177 clicking on the colour of each sequence feature type) and the rendering order
2178 modified by dragging feature types to a new position in the list. Dragging the
2179 slider alters the transparency of the feature rendering. The Feature
2180 Settings dialog also includes functions for more advanced feature shading
2181 schemes and buttons for sorting the alignment according to the distribution of
2182 features. These capabilities are described further in sections
2183 \ref{featureschemes} and \ref{featureordering}.
2184
2185 \begin{figure}[htbp]
2186 \begin{center}
2187 \includegraphics[width=4in]{images/features4.pdf}
2188 \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.}
2189 \end{center}
2190 \end{figure}
2191
2192 \begin{figure}[htbp]
2193 \begin{center}
2194 \includegraphics[width=4in]{images/features5.pdf}
2195 \caption{{\bf Customising sequence features.} Features can be recoloured, switched on or off and have the rendering order changed. }
2196 \label{custfeat}
2197 \end{center}
2198 \end{figure}
2199
2200 \subsection{Sequence Feature File Formats}
2201
2202 Jalview supports the widely used GFF tab delimited format\footnote{see
2203 http://www.sanger.ac.uk/resources/software/gff/spec.html} and its own Jalview
2204 Features file format for the import of sequence annotation. Features and
2205 alignment annotation are also extracted from other formats such as Stockholm,
2206 and AMSA. URL links may also be attached to features. See the online
2207 documentation for more details of the additional capabilities of the Jalview
2208 features file.
2209
2210 \exercise{Creating Features}{
2211 \exstep{Open the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. 
2212 We know that the Cysteine residues at columns 97, 102, 105 and 135 are involved in 
2213 iron binding so we will create them as features. Navigate to column 97, sequence 1. 
2214 Select the entire column by clicking in the ruler bar. Then right-click on the selection 
2215 to bring up the context menu and select {\sl Selection $\Rightarrow$ Create Sequence Feature}. 
2216 A dialogue box will appear.
2217 }
2218 \exstep{
2219 Enter a suitable Sequence Feature Name  (e.g. ``Iron binding site") in the
2220 appropriate box. Click on the Feature Colour bar to change the colour if
2221 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.
2222 }
2223 \exstep{
2224 Add a similar feature to column 102. When the feature dialogue box appears, clicking the Sequence Feature 
2225 Name box brings up a list of previously described features. Using the same Sequence Feature Name allows the features to be grouped.}
2226 \exstep{Select {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} from the
2227 alignment window menu. The Sequence Feature Settings window will appear. Move
2228 this so that you can see the features you have just created. Click the check
2229 box for ``Iron binding site"  under {\sl Display} and note that display of this
2230 feature type is now turned off. Click it again and note that the features are
2231 now displayed. Close the sequence feature settings box by clicking OK or
2232 Cancel.} }
2233
2234 \chapter{Multiple Sequence Alignment}
2235 \label{msaservices}
2236 Sequences can be aligned using a range of algorithms provided by JABA web
2237 services, including ClustalW\footnote{{\sl ``CLUSTAL W:
2238 improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence
2239 weighting, position specific gap penalties and weight matrix choice."} Thompson
2240 JD, Higgins DG, Gibson TJ (1994) {\sl  Nucleic Acids Research} {\bf 22},
2241 4673-80}, Muscle\footnote{{\sl ``MUSCLE: a multiple sequence alignment method
2242 with reduced time and space complexity"} Edgar, R.C.
2243 (2004) {\sl BMC Bioinformatics} {\bf 5}, 113},  MAFFT\footnote{{\sl ``MAFFT: a
2244 novel method for rapid multiple sequence alignment based on fast Fourier
2245 transform"}  Katoh, K., Misawa, K., Kuma, K. and Miyata, T. (2002) {\sl Nucleic
2246 Acids Research} {\bf 30}, 3059-3066.  and {\sl ``MAFFT version 5:
2247 improvement in accuracy of multiple sequence alignment"} Katoh, K., Kuma, K.,
2248 Toh, H. and Miyata, T. (2005) {\sl Nucleic Acids Research} {\bf 33}, 511-518.},
2249 ProbCons,\footnote{PROBCONS: Probabilistic Consistency-based Multiple Sequence
2250 Alignment.
2251 Do, C.B., Mahabhashyam, M.S.P., Brudno, M., and Batzoglou, S.
2252 (2005) {\sl Genome Research} {\bf 15} 330-340.} T-COFFEE\footnote{T-Coffee:
2253 A novel method for multiple sequence alignments. (2000) Notredame, Higgins and
2254 Heringa {\sl JMB} {\bf 302} 205-217} and Clustal Omega.\footnote{Fast, scalable
2255 generation of high-quality protein multiple sequence alignments using Clustal
2256 Omega. Sievers F, Wilm A, Dineen DG, Gibson TJ, Karplus K, Li W, Lopez R,
2257 McWilliam H, Remmert M, Soding J, Thompson JD, Higgins DG (2011) {\sl Molecular
2258 Systems Biology} {\bf 7} 539
2259 \href{http://dx.doi.org/10.1038/msb.2011.75}{doi:10.1038/msb.2011.75}} Of these,
2260 T-COFFEE is slow but the accurate. ClustalW is historically
2261 the most widely used. Muscle is fast and probably best for
2262 smaller alignments. MAFFT is probably the best for large alignments,
2263 however Clustal Omega, released in 2011, is arguably the fastest and most
2264 accurate tool for protein multiple alignment.
2265
2266 To run an alignment web service, select the appropriate method from the {\sl
2267 Web Service $\Rightarrow$  Alignment $\Rightarrow$ \ldots} submenu (Figure
2268 \ref{webservices}). For each service you may either perform an alignment with
2269 default settings, use one of the available presets, or customise the parameters
2270 with the `{\sl Edit and Run ..}' dialog box. Once the job is submitted, a
2271 progress window will appear giving information about the job and any errors that
2272 occur. After successful completion of the job, a new alignment window is opened
2273 with the results, in this case an alignment. By default, the new alignment will be
2274 ordered in the same way as the input sequences. Note: many alignment
2275 programs re-order the input during their analysis and place homologous
2276 sequences close together, the MSA algorithm ordering can be recovered
2277 using the `Algorithm ordering' entry within the {\sl Calculate $\Rightarrow$
2278 Sort } sub menu.
2279
2280 \subsubsection{Realignment}
2281 The re-alignment option is currently only supported by Clustal  
2282 Omega and ClustalW. When performing a re-alignment, Jalview submits the
2283 current selection to the alignment service complete with any existing gaps. This
2284 approach is useful when one wishes to align additional sequences to an existing alignment without
2285 any further optimisation to the existing alignment. The re-alignment service
2286 provided by ClustalW in this case is effectively a simple form of profile
2287 alignment.
2288
2289 \begin{figure}[htbp]
2290 \begin{center}
2291 \parbox[c]{1.5in}{\includegraphics[width=1.5in]{images/ws1.pdf}}
2292 \parbox[c]{2.5in}{\includegraphics[width=2.5in]{images/ws2.pdf}}
2293 \parbox[c]{2in}{\includegraphics[width=2in]{images/ws3.pdf}}
2294 \caption{{\bf Multiple alignment via web services} The appropriate method is
2295 selected from the menu (left), a status box appears (centre), and the results
2296 appear in a new window (right).}
2297 \label{webservices}
2298 \end{center}
2299 \end{figure}
2300
2301 \subsubsection{Alignments of Sequences that include Hidden Regions}
2302 If the view or selected region that is submitted for alignment contains hidden
2303 regions, then {\bf only the visible sequences will be submitted to the service}.
2304 Furthermore, each contiguous segment of sequences will be aligned independently
2305 (resulting in a number of alignment `subjobs' appearing in the status window).
2306 Finally, the results of each subjob will be concatenated with the hidden regions
2307 in the input data prior to their display in a new window. This approach ensures
2308 that 1) hidden column boundaries in the input data are preserved in the
2309 resulting alignment - in a similar fashion to the constraint that hidden columns
2310 place on alignment editing (see Section \ref{lockededits} and 2) hidden
2311 columns can be used to preserve existing parts of an alignment whilst the
2312 visible parts are locally refined.
2313
2314
2315 \subsection{Customising the Parameters used for Alignment}
2316 JABA web services allow you to vary the parameters used when performing a
2317 bioinformatics analysis. For JABA alignment services, this means you are
2318 usually able to modify the following types of parameters:
2319 \begin{list}{$\bullet$}{}
2320 \item Amino acid or nucleotide substitution score matrix
2321 \item Gap opening and widening penalties
2322 \item Types of distance metric used to construct guide trees
2323 \item Number of rounds of re-alignment or alignment optimisation  
2324 \end{list}
2325
2326 \subsubsection{Getting Help on the Parameters for a Service}
2327 Each parameter available for a method usually has a short description, which
2328 Jalview will display as a tooltip, or as a text pane that can be opened under
2329 the parameter's controls. In the parameter shown in Figure
2330 \ref{clustalwparamdetail}, the description was opened by selecting the button on the left hand side. Online help for the
2331 service can also be accessed, by right clicking the button and selecting a URL
2332 from the pop-up menu that will open.
2333
2334 \exercise{Multiple Sequence Alignment}{
2335 \exstep{ Close all windows and open the alignment at {\sf
2336 http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa}.  Select {\sl
2337 Web Service $\Rightarrow$ Alignment $\Rightarrow$ Muscle with Defaults}. 
2338 A window will open giving the job status. After a short time, a second window will open
2339  with the results of the alignment.} 
2340  \exstep{Return to the first sequence alignment window by clicking on 
2341  the window, and repeat using {\sl ClustalO} (Omega) and {\sl MAFFT} (from the
2342  {\sl Web Service $\Rightarrow$ Alignment} menu) on the same initial alignment. Compare them and 
2343  you should notice small differences. }
2344 \exstep{Select the last three sequences in the MAFFT alignment, and de-align them 
2345 with {\sl Edit $\Rightarrow$ Remove All Gaps}. Press [ESC] to deselect these
2346 sequecnes. Then submit this view for re-alignment with {\sl ClustalO}.}
2347 \exstep{Return to the alignment window in section (c), use [CTRL]-Z (undo) to
2348 recover the alignment of the last three sequences in this MAFFT alignment.
2349 Once the ClustalO re-alignment has completed, compare the results of
2350 re-alignment of the three sequences with their alignment in the original MAFFT result.}
2351 \exstep{Select columns 60 to 125 in the original MAFFT alignment and hide them,
2352 by right clicking the mouse to bring up context menu.
2353 Select {\sl Web Services $\Rightarrow$ Alignment $\Rightarrow$ Mafft with Defaults} to 
2354 submit the visible portion of the alignment to MAFFT. When the web service job pane appears, 
2355 note that there are now two alignment job status panes shown in the window.}
2356 \exstep{When the MAFFT job has finished, compare the alignment of the N-terminal visible 
2357 region in the result with the corresponding region of the original alignment.}
2358 \exstep {If you wish, 
2359 select and hide a few more columns in the N-terminal region, and submit the alignment to the 
2360 service again and explore the effect of local alignment on the non-homologous parts of the 
2361 N-terminal region.} 
2362 }
2363
2364 \begin{figure}[htbp]
2365 \begin{center}
2366 \includegraphics[width=2.5in]{images/clustalwparamdetail.pdf}
2367 \caption{{\bf ClustalW parameter slider detail}. From the ClustalW {\sl Clustal $\Rightarrow$ Edit settings and run ...} dialog box. }
2368 \label{clustalwparamdetail}
2369 \end{center}
2370 \end{figure} 
2371
2372 \subsection{Alignment Presets}
2373 The different multiple alignment algorithms available from JABA vary greatly in
2374 the number of adjustable parameters, and it is often difficult to identify what
2375 are the best values for the sequences that you are trying to align. For these
2376 reasons, each JABA service may provide one or more presets -- which are
2377 pre-defined sets of parameters suited for particular types of alignment
2378 problem. For instance, the Muscle service provides the following presets:
2379 \begin{list}{$\bullet$}{}
2380 \item Large alignments (balanced)
2381 \item Protein alignments (fastest speed)
2382 \item Nucleotide alignments (fastest speed)
2383 \end{list}
2384
2385 The presets are displayed in the JABA web services submenu, and can also be
2386 accessed from the parameter editing dialog box, which is opened by selecting
2387 the `{\sl Edit settings and run ...}' option from the web services menu. If you have used
2388 a preset, then it will be mentioned at the beginning of the job status file shown
2389 in the web service job progress window.
2390
2391 \subsubsection{Alignment Service Limits}
2392 Multiple alignment is a computationally intensive calculation. Some JABA server
2393 services and service presets only allow a certain number of sequences to be
2394 aligned. The precise number will depend on the server that you are using to
2395 perform the alignment. Should you try to submit more sequences than a service
2396 can handle, then an error message will be shown informing you of the maximum
2397 number allowed by the server.
2398
2399 \subsection{User Defined Presets}
2400 Jalview allows you to create your own presets for a particular service. To do
2401 this, select the `{\sl Edit settings and run ...}' option for your service,
2402 which will open a parameter editing dialog box like the one shown in Figure
2403 \ref{jwsparamsdialog}.
2404
2405 The top row of this dialog allows you to browse the existing presets, and
2406 when editing a parameter set, allows you to change its nickname. As you
2407 adjust settings, buttons will appear at the top of the parameters dialog that
2408 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
2409 description for the parameter set, which will be shown in the tooltip for the
2410 parameter set's entry in the web services menu.
2411
2412 \begin{figure}[htbc]
2413 \center{
2414 \includegraphics[width=3in]{images/jvaliwsparamsbox.pdf}
2415 \caption{{\bf Jalview's JABA alignment service parameter editing dialog box}.}
2416 \label{jwsparamsdialog} }
2417 \end{figure}
2418
2419 \subsubsection{Saving Parameter Sets}
2420 When creating a custom parameter set, you will be asked for a file name to save
2421 it. The location of the file is recorded in the Jalview user preferences in the
2422 same way as a custom alignment colourscheme, so when Jalview is launched again,
2423 it will show your custom preset amongst the options available for running the
2424 JABA service.
2425
2426
2427 % \exercise{Creating and using user defined presets}{\label{createandusepreseex}
2428 % \exstep{Import the file at
2429 % \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/fdx\_unaligned.fa} into jalview.}
2430 % \exstep{Use the `{\slDiscover Database Ids}' function to recover the PDB cross
2431 % references for the sequences.}
2432 % \exstep{Align the sequences using the default ClustalW parameters.}
2433 % \exstep{Use the `{\sl Edit and run..}'
2434 % option to open the ClustalW parameters dialog box, and create a new preset using
2435 % the following settings:
2436 % \begin{list}{$\bullet$}{}
2437 % \item BLOSUM matrix (unchanged)
2438 % \item Gap Opening and End Gap penalties = 0.05
2439 % \item Gap Extension and Separation penalties = 0.05
2440 % \end{list}
2441
2442 % As you edit the parameters, buttons will appear on the dialog box
2443 % allowing you revert your changes or save your settings as a new parameter
2444 % set.
2445
2446 % Before you save your settings, remeber to give them a meaningful name by editing
2447 % the text box at the top of the dialog box.
2448 % }
2449 % \exstep{Repeat the alignment using your new parameter set by selecting it from
2450 % the {\sl ClustalW Presets menu}.} 
2451 % \exstep{These sequences have PDB structures associated with them, so it is
2452 % possible to compare the quality of the alignments.
2453
2454 % Use the {\sl View all {\bf N}
2455 % structures} option to calculate the superposition of 1fdn on 1fxd for both
2456 % alignments (refer to section \ref{superposestructs} for instructions). Which
2457 % alignment gives the best RMSD ? }
2458 % \exstep{Apply the same alignment parameter settings to the example alignment
2459 % (available from \textsf{http://www.jalview.org/examples/uniref50.fa}). 
2460
2461 % Are there differences ? If not, why not ?
2462 % }
2463 % }
2464
2465 \section{Protein Alignment Conservation Analysis}
2466 \label{aacons}
2467 The {\sl Web Service $\Rightarrow$ Conservation} menu controls the computation
2468 of up to 17 different amino acid conservation measures for the current alignment
2469 view. The JABAWS AACon Alignment Conservation Calculation Service, which is used
2470 to calculate these scores, provides a variety of standard measures described by
2471 Valdar in 2002\footnote{Scoring residue conservation. Valdar (2002) {\sl
2472 Proteins: Structure, Function, and Genetics} {\bf 43} 227-241.} as well as an efficient implementation of the SMERFs
2473 score developed by Manning et al. in 2008.\footnote{SMERFS Score Manning et al. {\sl BMC
2474 Bioinformatics} 2008, {\bf 9} 51 \href{http://dx.doi.org/10.1186/1471-2105-9-51}{doi:10.1186/1471-2105-9-51}}
2475
2476 \subsubsection{Enabling and Disabling AACon Calculations}
2477 When the AACon Calculation entry in the {\sl Web Services $\Rightarrow$
2478 Conservation} menu is ticked, AACon calculations will be performed every time
2479 the alignment is modified. Selecting the menu item will enable or disable
2480 automatic recalculation.
2481
2482 \subsubsection{Configuring which AACon Calculations are Performed}
2483 The {\sl Web Services $\Rightarrow$ Conservation $\Rightarrow$ Change AACon
2484 Settings ...} menu entry will open a web services parameter dialog for the
2485 currently configured AACon server. Standard presets are provided for quick and
2486 more expensive conservation calculations, and parameters are also provided to
2487 change the way that SMERFS calculations are performed.
2488 AACon settings for an alignment are saved in Jalview projects along with the
2489 latest calculation results.
2490
2491 \subsubsection{Changing the Server used for AACon Calculations}
2492 If you are working with alignments too large to analyse with the public JABAWS
2493 server, then you will most likely have already configured additional JABAWS
2494 servers. By default, Jalview will chose the first AACon service available from
2495 the list of JABAWS servers available. If available, you can switch to use
2496 another AACon service by selecting it from the {\sl Web Services $\Rightarrow$
2497 Conservation $\Rightarrow$ Switch Server} submenu.
2498
2499 \chapter{Analysis of Alignments}
2500 \label{alignanalysis}
2501 Jalview provides support for sequence analysis in two ways. A number of
2502 analytical methods are `built-in', these are accessed from the {\sl Calculate}
2503 alignment window menu. Computationally intensive analyses are run outside
2504 Jalview {\sl via} web services - these are typically accessed {\sl via} the {\sl
2505 Web Service} menu, and described in chapter \ref{jvwebservices}.
2506 In this section, we describe the built-in analysis capabilities common to both
2507 the Jalview Desktop and the JalviewLite applet.
2508  
2509 \section{PCA}
2510 This calculation creates a spatial representation of the similarities within the
2511 current selection or the whole alignment if no selection has been made. After
2512 the calculation finishes, a 3D viewer displays the each sequence as a point in
2513 3D `similarity space'. Sets of similar sequences tend to lie near each other in
2514 this space.
2515 Note: The calculation is computationally expensive, and may fail for very large
2516 sets of sequences - because the JVM has run out of memory. Memory issues, and
2517 how to overcome them, were discussed in Section \ref{memorylimits}.
2518
2519 \subsubsection{What is PCA?}
2520 Principal components analysis is a technique for examining the structure of
2521 complex data sets. The components are a set of dimensions formed from the
2522 measured values in the data set, and the principal component is the one with the
2523 greatest magnitude, or length. The sets of measurements that differ the most
2524 should lie at either end of this principal axis, and the other axes correspond
2525 to less extreme patterns of variation in the data set.
2526 In this case, the components are generated by an eigenvector decomposition of
2527 the matrix formed from the sum of pairwise substitution scores at each aligned
2528 position between each pair of sequences. The basic method is described in the
2529 1995 paper by {\sl G. Casari, C. Sander} and {\sl A. Valencia} \footnote{{\sl
2530 Nature Structural Biology} (1995) {\bf 2}, 171-8.
2531 PMID: 7749921} and implemented at the SeqSpace server at the EBI.
2532
2533 Jalview provides two different options for the PCA calculation. Protein PCAs are
2534 by default computed using BLOSUM 62 pairwise substitution scores, and nucleic
2535 acid alignment PCAs are computed using a score model based on the identity
2536 matrix that also treats Us and Ts as identical, to support analysis of both RNA
2537 and DNA alignments. The {\sl Change Parameters} menu also allows the calculation
2538 method to be toggled between SeqSpace and a variant calculation that is detailed
2539 in Jalview's built in documentation.\footnote{See
2540 \url{http://www.jalview.org/help/html/calculations/pca.html}.}
2541
2542 \subsubsection{The PCA Viewer}
2543
2544 PCA analysis can be launched from the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Principlal
2545 Component Analysis} menu option. {\bf PCA requires a selection containing at
2546 least 4 sequences}.  A window opens containing the PCA tool (Figure \ref{PCA}).
2547 Each sequence is represented by a small square, coloured by the background
2548 colour of the sequence ID label. The axes can be rotated by clicking and
2549 dragging the left mouse button and zoomed using the $\uparrow$ and $\downarrow$
2550 keys or the scroll wheel of the mouse (if available).  A tool tip appears if the
2551 cursor is placed over a sequence. Sequences can be selected by clicking on them.
2552 [CTRL]-Click can be used to select multiple sequences.
2553
2554 Labels will be shown for each sequence by toggling the {\sl View $\Rightarrow$
2555 Show Labels} menu option, and the plot background colour changed {\sl via} the
2556 {\sl View $\Rightarrow$ Background Colour..} dialog box. A graphical
2557 representation of the PCA plot can be exported as an EPS or PNG image {\sl via}
2558 the {\sl File $\Rightarrow$ Save As $\Rightarrow$ \ldots } submenu.
2559
2560 \exercise{Principal Component Analysis}
2561 { \exstep{Load the alignment at
2562 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}.}
2563 \exstep{Select the menu option {\sl Calculate $\Rightarrow$ Principle Component Analysis}.
2564 A new window will open. Move this window within the desktop so that the tree,
2565 alignment and PCA viewer window are all visible.
2566 Try rotating the plot by clicking and dragging the mouse on the plot in the PCA window.
2567 Note that clicking on points in the plot will highlight them on the alignment. } 
2568 \exstep{ Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$
2569 Neighbour Joining Using BLOSUM62}. A new tree window will appear.
2570 Place the mouse cursor on the tree window so that the
2571 tree partition location will divide the alignment into a number of groups, each of a different colour.
2572 Note how the colour of the sequence ID label matches both the colour of
2573 the partitioned tree and the points in the PCA plot.} }
2574
2575 \begin{figure}[hbtp]
2576 \begin{center}
2577 \includegraphics[width=2in]{images/PCA1.pdf}
2578 \includegraphics[width=3in]{images/PCA3.pdf}
2579 \caption{{\bf PCA Analysis.} }
2580 \label{PCA}
2581 \end{center}
2582 \end{figure}
2583
2584
2585
2586 \subsubsection{PCA Data Export}
2587 Although the PCA viewer supports export of the current view, the plots produced
2588 are rarely suitable for direct publication. The PCA viewer's {\sl File} menu
2589 includes a number of options for exporting the PCA matrix and transformed points
2590 as comma separated value (CSV) files. These files can be imported by tools such
2591 as {\bf R} or {\bf gnuplot} in order to graph the data.
2592
2593 \section{Trees}
2594 \label{trees}
2595 Jalview can calculate and display trees, providing interactive tree-based
2596 grouping of sequences though a tree viewer. All trees are calculated {\sl via}
2597 the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ \ldots} submenu.
2598 Trees can be calculated from distance matrices determined from \% identity or
2599 aggregate BLOSUM 62 score using either {\sl Average Distance} (UPGMA) or {\sl
2600 Neighbour Joining} algorithms. The input data for a tree is either the selected
2601 region or the whole alignment, excluding any hidden regions.
2602
2603 On calculating a tree, a new window opens (Figure \ref{trees1}) which contains
2604 the tree. Various display settings can be found in the tree window {\sl View}
2605 menu, including font, scaling and label display options, and the {\sl File
2606 $\Rightarrow$ Save As} submenu contains options for image and Newick file
2607 export. Newick format is a standard file format for trees which allows them to
2608 be exported to other programs.  Jalview can also read in external trees in
2609 Newick format {\sl via} the {\sl File $\Rightarrow$ Load Associated Tree} menu
2610 option. Leaf names on imported trees will be matched to the associated alignment
2611 - unmatched leaves will still be displayed, and can be highlighted using the
2612 {\sl View $\Rightarrow$ Mark Unlinked Leaves} menu option.
2613
2614
2615 \begin{figure}
2616 \begin{center}
2617 \includegraphics[width=2.5in]{images/trees1.pdf}
2618 \includegraphics[width=2.5in]{images/trees2.pdf}
2619 \includegraphics[width=1.25in]{images/trees4.pdf}
2620 \caption{{\bf Calculating Trees} Jalview provides four built in models for calculating trees. 
2621 Jalview can also load precalculated trees in Newick format (right).}
2622 \label{trees1}
2623 \end{center}
2624 \end{figure}
2625
2626
2627 Clicking on the tree brings up a cursor across the height of the tree. The
2628 sequences are automatically partitioned and coloured (Figure \ref{trees2}). To
2629 group them together, select the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Sort $\Rightarrow$
2630 By Tree Order $\Rightarrow$ \ldots} alignment window menu option and choose the
2631 correct tree. The sequences will then be sorted according to the leaf order
2632 currently shown in the tree view. The coloured background to the sequence IDs
2633 can be removed with {\sl Select $\Rightarrow$ Undefine Groups} from the
2634 alignment window menu. Note that tree partitioning will also remove any groups
2635 and colourschemes on a view, so create a new view ([CTRL-T]) if you wish to
2636 preserve these.
2637
2638 \begin{figure}
2639 \begin{center}
2640 \includegraphics[width=5in]{images/trees3.pdf}
2641 \caption{{\bf Interactive Trees} The tree level cutoff can be used to designate
2642 groups in Jalview.}
2643 \label{trees2}
2644 \end{center}
2645 \end{figure}
2646
2647 %\subsubsection{Multiple Views and Input Data recovery from PCA and Tree Viewers}
2648 % move to ch. 3 ?
2649 %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.
2650
2651 \subsubsection{Recovering input Data for a Tree or PCA Plot Calculation}
2652 \parbox[c]{5in}{
2653 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. 
2654 }
2655 \parbox[c]{1.25in}{\centerline{\includegraphics[width=1.25in]{images/pca_fmenu.pdf}
2656 }}
2657
2658 \subsubsection{Changing the associated View for a Tree or PCA Viewer}
2659 \parbox[c]{4in}{
2660 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. 
2661 } \parbox[c]{3in}{\centerline{
2662 \includegraphics[width=2.5in]{images/pca_vmenu.pdf} }}
2663
2664 \subsection{Tree Based Conservation Analysis}
2665 \label{treeconsanaly}
2666
2667 Trees reflect the pattern of global sequence similarity exhibited by the
2668 alignment, or region within the alignment, that was used for their calculation.
2669 The Jalview tree viewer enables sequences to be partitioned into groups based
2670 on the tree. This is done by clicking within the tree viewer window. Once subdivided, the
2671 conservation between and within groups can be visually compared in order to
2672 better understand the pattern of similarity revealed by the tree and the
2673 variation within the clades partitioned by the grouping. The conservation based
2674 colourschemes and the group associated conservation and consensus annotation
2675 (enabled using the alignment window's {\sl View $\Rightarrow$ Autocalculated
2676 Annotation $\Rightarrow$ Group Conservation} and {\sl Group Consensus} options)
2677 can help when working with larger alignments.
2678
2679 \exercise{Trees}
2680 {Ensure that you have at least 1G memory available in Jalview
2681 (Either start with this link:
2682 \href{http://www.jalview.org/services/launchApp?jvm-max-heap=1G}{http://www.jalview.org/services/launchApp?jvm-max-heap=1G},
2683 or in the Development section of the Jalview web site
2684 (\href{http://www.jalview.org/development/development-builds}{http://www.jalview.org/development/development-builds})
2685 in the ``latest official build'' row in the table, go to the
2686 ``Webstart'' column, click on ``G2''.)
2687
2688 \exstep{Open the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. 
2689 Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ Neighbour Joining Using BLOSUM62}. A new tree window will appear.}
2690 \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. 
2691 Place the cursor to give about 4 groups.}
2692 \exstep{In the alignment window, select
2693 {\sl Calculate $\Rightarrow$ Sort $\Rightarrow$ By Tree Order $\Rightarrow$ Neighbour Joining Tree using BLOSUM62 from ... }. The sequences are 
2694 reordered to match the order in the tree and groups are formed implicitly.
2695 Alternatively in the tree window, select {\sl View $\Rightarrow$ Sort Alignment
2696 by Tree}.} \exstep{Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree
2697 $\Rightarrow$ Neighbour Joining Using \% Identity}. A new tree window will appear. The group colouring makes it easy to see the differences between the two trees, calculated using
2698  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. 
2699
2700 Comparing the location of individual sequences between the three trees illustrates the importance of selecting appropriate regions of the 
2701 alignment for the calculation of trees. }}
2702
2703 \exercise{Pad Gaps in an Alignment}{
2704 \exstep{Open the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. In alignment window, ensure that the {\sl Edit $\Rightarrow$
2705 Pad Gaps } option is {\sl not} ticked, and insert one gap anywhere in the
2706 alignment.}
2707 \exstep{Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$
2708 Neighbour Joining Using BLOSUM62}.
2709
2710 A warning dialog box {\bf ``Sequences not aligned'' } appears because the sequences input to the tree calculation are of different lengths. }
2711
2712 \exstep{Select {\sl Edit $\Rightarrow$ tick Pad Gaps } and perform the
2713 tree calculation again. This time a new tree should appear - because padding
2714 gaps ensures all the sequences are the same length after editing.
2715
2716 {\sl Pad Gaps } option
2717 can be set in Preferences using
2718 {\sl Tool $\Rightarrow$ Preference $\Rightarrow$ Editing}. }
2719
2720 }
2721
2722 \exercise{Tree Based Conservation Analysis}{
2723 \label{consanalyexerc}
2724 \exstep{Load the PF03460 PFAM seed alignment using the sequence fetcher. 
2725 Select {\sl Colour $\Rightarrow$ Taylor $\Rightarrow$ By Conservation}
2726 , and set {\sl Conservation } shading threshold at around 20. }
2727 \exstep{Build a Neighbour joining tree using Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$
2728 Neighbour Joining Using BLOSUM62}.}
2729 \exstep{Use the mouse cursor to select a point on the tree to partition the
2730 alignment into several sections.}
2731 \exstep {Select {\sl View $\Rightarrow$ Sort Alignment By Tree} option in the
2732 tree window to re-order the sequences in the alignment using the calculated
2733 tree.
2734 Examine the variation in colouring between different groups of sequences in the alignment
2735 window.}
2736
2737 \exstep {You may find it easier to browse the alignment if you first uncheck the
2738 {\sl Annotations $\Rightarrow$ Show Annotations} option, and open the Overview Window
2739 within the View menu to aid navigation.}
2740
2741 \exstep{Try changing the colourscheme of the residues in the alignment to
2742 BLOSUM62 (whilst ensuring that {\sl Apply Colour to All Groups} is selected).}
2743 {\sl Note: You may want to save the alignment and tree as a project file, since it is used in the next few exercises. } }
2744
2745
2746 \subsection{Redundancy Removal}
2747
2748 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.}.
2749 \begin{figure}
2750 \begin{center}
2751 \includegraphics[width=5.5in]{images/redundancy.pdf}
2752 \end{center}
2753 \label{removeredundancydialog}
2754 \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.}
2755 \end{figure}
2756
2757
2758 \subsection{Subdividing the Alignment According to Specific Mutations}
2759
2760 It is often necessary to explore variations in an alignment that may correlate
2761 with mutations observed in a particular region; for example, sites exhibiting
2762 single nucleotide polymorphism, or residues involved in substrate recognition in
2763 an enzyme. One way to do this would be to calculate a tree using the specific
2764 region, and subdivide it in order to partition the alignment.
2765 However, calculating a tree can be slow for large alignments, and the tree may
2766 be difficult to partition when complex mutation patterns are being analysed. The
2767 {\sl Select $\Rightarrow$ Make groups for selection } function was introduced to
2768 make this kind of analysis easier. When selected, it will use the characters in
2769 the currently selected region to subdivide the alignment. For example, if a
2770 single column is selected, then the alignment (or each group defined on the
2771 alignment) will be divided into groups based on the residue or nucleotide found
2772 at that position. These new groups are annotated with the characters in the
2773 selected region, and Jalview's group based conservation analysis annotation and
2774 colourschemes can then be used to reveal any associated pattern of sequence
2775 variation across the whole alignment.
2776
2777
2778 % These annotations can be hidden and deleted via the context menu linked to the
2779 % annotation row; but they are only created on loading an alignment. If they are
2780 % deleted then the alignment should be saved and then reloaded to restore them.
2781 % Jalview provides a toggle to autocalculate a consensus sequence upon editing.
2782 % This is normally selected by default, but can be turned off for large alignments {\sl via} the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Autocalculate
2783 % Consensus} menu option if the interface is too slow.
2784
2785 % \subsubsection{Group Associated Annotation}
2786 % \label{groupassocannotation}
2787 % Group associated consensus and conservation annotation rows reflect the
2788 % sequence variation within a particular group. Their calculation is enabled
2789 % by selecting the {\sl Group Conservation} or {\sl Group Consensus} options in
2790 % the {\sl Annotation $\Rightarrow$ Autocalculated Annotation } submenu of the
2791 % alignment window. 
2792
2793 % \subsubsection{Alignment and Group Sequence Logos}
2794 % \label{seqlogos}
2795
2796 % The consensus annotation row that is shown below the alignment can be overlaid
2797 % with a sequence logo that reflects the symbol distribution at each column of
2798 % the alignment. Right click on the Consensus annotation row and select the {\sl
2799 % Show Logo} option to display the Consensus profile for the group or alignment.
2800 % Sequence logos can be enabled by default for all new alignments {\sl via} the
2801 % Visual tab in the Jalview desktop's preferences dialog box.
2802
2803 \section{Pairwise Alignments}
2804 Jalview can calculate optimal pairwise alignments between arbitrary 
2805 sequences {\sl via} the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Pairwise Alignments\ldots} menu option. 
2806 Global alignments of all pairwise combinations of the selected sequences are performed and the results returned in a text box.
2807
2808
2809
2810 \exercise{Remove Redundant Sequences}{
2811
2812 \exstep{Using the alignment gnerated in the previous exercise (exercise
2813 \ref{consanalyexerc}).
2814 In the alignment window, you may need to deselect groups using Esc key.}
2815
2816 \exstep{In the {\sl Edit} menu select {\sl Remove Redundancy} to open the
2817 Redundancy threshold selection dialog. Adjust the redundancy threshold value, start
2818 at 50 and increase the value to 65. Sequences selected will change colour in the Sequence ID panel. Select ``Remove'' to
2819 remove the sequences that are more than 65\% similar under this alignment.}
2820
2821 \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.}
2822 \exstep{Use the [Undo] button in the Redundancy threshold selection dialog box
2823 to recover the sequences. Note that the * symbols disappear from the tree display.}
2824 \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.}
2825 }
2826
2827 \exercise{Group Conservation Analysis}{
2828 \exstep{Re-use or recreate the alignment and tree which you worked with in the
2829 tree based conservation analysis exercise (exercise \ref{consanalyexerc})} 
2830 \exstep{In the {\sl View} menu in the alignment window, select {\sl New View} to
2831 create a new view. Ensure the annotation panel is displayed ({\sl Show annotation} in {\sl Annotations} menu). Enable the
2832 display of {\sl Group Consensus} option by checking {\sl Group Consensus} in the {\sl Annotation $\Rightarrow$
2833 Autocalculated Annotation } submenu in the sequence alignment window.}
2834 \exstep{Displaying the sequence 
2835 logos will make it easier to see the different residue populations within each
2836 group. Activate the logo by right clicking on the Consensus annotation row to
2837 open the context menu and select the {\sl Show Logo} option.} 
2838 \exstep{In the column alignment ruler, select a column exhibiting about 50\%
2839 conservation that lies within the central conserved region of the alignment.
2840 (Column 74 is used in the Tree video).} 
2841 \exstep{Subdivide the alignment
2842 according to this selection using {\sl Select $\Rightarrow$ Make groups for selection}.}
2843 \exstep{Re-order the alignment according to the new groups that have been
2844 defined by selecting {\sl Calculate $\Rightarrow$ Sort $\Rightarrow$
2845 By Group}.
2846
2847 Click on the group annotation row IDs to select groups exhibiting a
2848 specific mutation.}
2849 \exstep{Select another column exhibiting about 50\% conservation
2850 overall, and subdivide the alignment further. Note that the new groups
2851 inherit the names of the original groups, allowing you to identify the
2852 combination of mutations that resulted in the subdivision.
2853 }
2854 \exstep{Clear the groups, and try to subdivide the alignment using two
2855 non-adjacent columns.
2856
2857 {\sl Hint: You may need to hide the intervening columns before you can select
2858 both of the columns that you wish to use to subdivide the alignment.}}
2859 \exstep{Switch back to the original view, and experiment with subdividing
2860 the tree groups made in the previous exercise.}
2861 }
2862
2863 \begin{figure}[]
2864 \begin{center}
2865 \includegraphics[width=4in]{images/pairwise.pdf}
2866 \caption{{\bf Pairwise alignment of sequences.} Pairwise alignments of three selected sequences are shown in a textbox.}
2867 \label{pairwise}
2868 \end{center}
2869 \end{figure}
2870
2871
2872 \chapter{Working with 3D structures}
2873 \label{3Dstructure}
2874 Jalview can interactively view 3D structure using Jmol or Chimera. Setting in
2875 the Structure window within Preferences determine whether Jmol or Chimera is
2876 the default choice of structure viewer.
2877
2878 % To review, Chapter \ref{featannot} describes the mechanisms provided by
2879 % Jalview for interactive creation of sequence and alignment annotation, and how
2880 % they can be displayed, imported and exported and used to reorder the alignment. Chapter
2881 % \ref{featuresfromdb} discusses the retrieval of database references and
2882 % establishment of sequence coordinate systems for the retrieval and display of
2883 % features from databases and DAS annotation services.
2884 % Chapter \ref{msaservices} describes how to use the range of multiple alignment
2885 % programs provided by JABAWS, and Chapter \ref{aacons} introduces JABAWS AACon
2886 % service for protein multiple alignment conservation analysis.
2887 %  In Chapter \ref{alignanalysis}, you will find
2888 % descriptions and exercises on building and displaying trees, PCA analysis,
2889 % alignment redundancy removal, pairwise alignments and alignment conservation
2890 % analysis. 
2891 % Chapter \ref{wkwithstructure} introduces the structure visualization
2892 % capabilities of Jalview.
2893 % Chapter \ref{protsspredservices} explains how to perform protein secondary
2894 % structure predictions with JPred, and JABAWS protein disorder prediction
2895 % services are introduced in Chapter \ref{protdisorderpred}.
2896 % Chapter \ref{workingwithnuc} describes functions and visualization techniques
2897 % relevant to working with nucleotide sequences, coding region annotation and nucleotide
2898 % sequence alignments.
2899 % Chapter \ref{jvwebservices} introduces the various web based services
2900 % available to Jalview users, and Chapter \ref{jabaservices} explains how to
2901 % configure the Jalview Desktop for access to new JABAWS servers.
2902
2903
2904 % and Section \ref{workingwithrna} covers the visualization,
2905 % editing and analysis of RNA secondary structure.
2906
2907 \section{Working with Structures}
2908 \label{wkwithstructure}
2909 Jalview facilitates the use of protein structures for the analysis of alignments
2910 by providing a linked view of structures associated with sequences in
2911 the alignment. The Java based molecular viewing program Jmol\footnote{See the
2912 Jmol homepage \url{http://www.jmol.org} for more information.} has been
2913 incorporated\footnote{Earlier versions of Jalview included MCView - a simple
2914 main chain structure viewer. Structures are visualized as an alpha carbon trace
2915 and can be viewed, rotated and coloured in a structure viewer and the results
2916 interpreted on a sequence alignment.} which enables sophisticated molecular
2917 visualizations to be prepared and investigated alongside an analysis of
2918 associated sequences.
2919 PDB format files can be imported directly or structures can be retrieved from
2920 the European Protein Databank (PDBe) using the Sequence Fetcher (see
2921 \ref{fetchseq}).
2922
2923 \subsection{Automatic Association of PDB Structures with Sequences}
2924 Jalview can automatically determine which structures are associated with a
2925 sequence in a number of ways.
2926 \subsubsection{Discovery of PDB IDs from Sequence Database Cross-references}
2927 If a sequence has an ID from a public database that contains cross-references to
2928 the PDB, such as Uniprot. Right-click on any sequence ID and select {\sl Structure $\Rightarrow$
2929 Associate Structure with Sequence $\Rightarrow$ Discover PDB IDs } from the context menu (Figure \ref{auto}). Jalview will attempt to associate the
2930 sequence with a Uniprot sequence and from there discover any associated PDB
2931 structures. This takes a few seconds and applies to all sequences in the
2932 alignment which have valid Uniprot IDs. On moving the cursor over the sequence
2933 ID the tool tip\footnote{Tip: The sequence ID tooltip can often become large for
2934 heavily cross referenced sequence IDs. Use the {\sl View $\Rightarrow$ Sequence
2935 ID Tooltip $\Rightarrow$ } submenu to disable the display of database cross
2936 references or non-positional features. } now shows the Uniprot ID and any
2937 associated PDB structures.
2938
2939 \begin{figure}[htbp]
2940 \begin{center}
2941 %TODO fix formatting
2942 \parbox{1.5in}{
2943 {\centering 
2944 \begin{center}
2945 \includegraphics[width=1.5in]{images/auto1.pdf}
2946 \end{center}}
2947 } \parbox{3.25in}{
2948 {\centering 
2949 \begin{center}
2950 \includegraphics[scale=0.5]{images/auto2.pdf}
2951 \end{center}
2952 }
2953 } \parbox{1.5in}{
2954 {\centering 
2955 \begin{center} 
2956 \includegraphics[width=1.5in]{images/auto3.pdf}
2957 \end{center}
2958 }
2959 }
2960
2961 \caption{{\bf Automatic PDB ID discovery.} The tooltip (left) indicates that no PDB structure has been associated with the sequence. 
2962 After PDB ID discovery (center) the tool tip now indicates the Uniprot ID and
2963 any associated PDB structures (right).}
2964 \label{auto}
2965 \end{center}
2966 \end{figure}
2967
2968 \subsubsection{Drag-and-Drop Association of PDB Files with Sequences by Filename
2969 Match}
2970 \label{multipdbfileassoc}
2971 If one or more PDB files stored on your computer are dragged from their location
2972 on the file browser onto an alignment window, Jalview will search the alignment
2973 for sequences with IDs that match any of the files dropped onto the alignment.
2974 If it discovers matches, a dialog like the one in Figure
2975 \ref{multipdbfileassocfig} is shown, giving the option of creating associations
2976 for the matches.
2977
2978 If no associations are made, then sequences extracted
2979 from the structure will be simply added to the alignment. However, if only
2980 some of the PDB files are associated, Jalview will raise another dialog box
2981 giving you the option to add any remaining sequences from the PDB structure files not present in
2982 the alignment. This allows you to easily decorate sequences in a newly imported
2983 alignment with any corresponding structures you've already collected in a directory
2984 accessible from your computer.\footnote{We plan to extend this facility in
2985 future so Jalview will automatically search for PDB files matching your
2986 sequence within a local directory. Check out 
2987 \href{http://issues.jalview.org/browse/JAL-801}{Jalview issue 801}}
2988
2989 % 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 ...
2990 % JBP: yes there is - under 'Discovery of ' subsection.
2991 \begin{figure}[htbp]
2992 \begin{center}
2993 \includegraphics[]{images/pdbdragdropassoc.pdf}
2994
2995 \caption{{\bf Associating PDB files with sequences by drag-and-drop.} Dragging
2996 PDB files onto an alignment of sequences with names matching the dragged files
2997 names (A), results in a dialog box (B) that gives the option to associate each
2998 file with any sequences with matching IDs. }
2999 \label{multipdbfileassocfig}
3000 \end{center}
3001 \end{figure}
3002
3003
3004 \subsection{Viewing Structures}
3005 \label{viewAllStructures}
3006 The structure viewer can be launched in two ways from the sequence ID context
3007 menu. To view a particular structure associated with a sequence in the
3008 alignment, simply select it from popup menu's associated structures submenu in
3009 {\sl Structure $\Rightarrow$ View Structure $\Rightarrow$ $<$PDB ID$>$}. The
3010 second way is most useful if you want to view all structural data available for
3011 a set of sequences in an alignment. If any of the {\bf currently selected}
3012 sequences have structures associated, the {\sl Structure } submenu of the
3013 sequence ID popup menu will include an option to {\sl View {\bf N}
3014 structures}. Selecting this option will open a new structure view containing
3015 the associated structures superposed according to the alignment.
3016
3017 In both cases, each structure to be displayed will be downloaded or loaded from
3018 the local file system, and shown as a ribbon diagram coloured according to the
3019 associated sequence in the current alignment view (Figure \ref{structure}
3020 (right)). The structure can be rotated by clicking and dragging in the structure
3021 window. The structure can be zoomed using the mouse scroll wheel or by
3022 [SHIFT]-dragging the structure.
3023 Moving the mouse cursor over a sequence to which the structure is linked in the
3024 alignment view highlights the respective residue's sidechain atoms. The
3025 sidechain highlight may be obscured by other parts of the molecule. Similarly,
3026 moving the cursor over the structure shows a tooltip and highlights the
3027 corresponding residue in the alignment. Clicking the alpha carbon or phosphorous
3028 backbone atom will toggle the highlight and residue label on and off. Often, the
3029 position highlighted in the sequence may not be in the visible portion of the
3030 current alignment view and the sliders will scroll automatically to show the
3031 position. If the alignment window's {\sl View $\Rightarrow$ Automatic Scrolling
3032 } option is not selected, however, then the automatic adjustment will be
3033 disabled for the current view.
3034
3035 \begin{figure}[htbp]
3036 \begin{center}
3037 \parbox{3in}{
3038 {\centering 
3039 \begin{center}
3040 \includegraphics[scale=0.5]{images/structure1.pdf}
3041 \end{center}
3042 }
3043 }
3044 \parbox{3.2in}{
3045 {\centering 
3046 \begin{center}
3047 \includegraphics[width=3in]{images/structure2.pdf}
3048 \end{center}
3049 }
3050 }
3051 \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). }
3052 \label{structure}
3053 \end{center}
3054 \end{figure}
3055
3056 \subsection{Customising Structure Display}
3057
3058 Structure display can be modified using the {\sl Colour} and {\sl View} menus
3059 in the structure viewer. The background colour can be modified by selecting the
3060 {\sl Colours $\Rightarrow$ Background Colour\ldots} option.
3061
3062 By default, the structure will be coloured in the same way as the associated
3063 sequence(s) in the alignment view from which it was launched. The structure can
3064 be coloured independently of the sequence by selecting an appropriate colour
3065 scheme from the {\sl Colours} menu. It can be coloured according to the
3066 alignment using the {\sl Colours $\Rightarrow$ By Sequence } option. The image
3067 in the structure viewer can be saved as an EPS or PNG with the {\sl File
3068 $\Rightarrow$ Save As $\Rightarrow$ \ldots} submenu, which also allows the raw
3069 data to be saved as PDB format. The mapping between the structure and the
3070 sequence (How well and which parts of the structure relate to the sequence) can
3071 be viewed with the {\sl File $\Rightarrow$ View Mapping} menu option.
3072
3073 \subsubsection{Using the Jmol Visualization Interface }
3074
3075 Jmol has a comprehensive set of selection and visualization functions that are
3076 accessed from the Jmol popup menu (by right-clicking in the Jmol window or by
3077 clicking the Jmol logo). Molecule colour and rendering style can be manipulated,
3078 and distance measurements and molecular surfaces can be added to the view. It
3079 also has its own ``Rasmol\footnote{See \url{http://www.rasmol.org}}-like'' scripting
3080 language, which is described elsewhere\footnote{Jmol Wiki:
3081 \url{http://wiki.jmol.org/index.php/Scripting}
3082
3083 Jmol Scripting reference:
3084 \url{http://www.stolaf.edu/academics/chemapps/jmol/docs/}}. Jalview utilises the
3085 scripting language to interact with Jmol and to store the state of a Jmol
3086 visualization within Jalview archives, in addition to the PDB data file
3087 originally loaded or retrieved by Jalview. To access the Jmol scripting
3088 environment directly, use the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Console} menu option.
3089
3090 If you would prefer to use Jmol to manage structure colours, then select the
3091 {\sl Colours $\Rightarrow$ Colour with Jmol} option. This will disable any
3092 automatic application of colour schemes when new structure data is added, or
3093 when associated alignment views are modified.
3094
3095 \exercise{Viewing Structures in Jmol viewer}{\label{viewingstructex}
3096 \exstep{Load the alignment at
3097 \textsf{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}.}
3098 \exstep{Right-click on the
3099 sequence ID label of {\sl FER1\_SPIOL} to open
3100 the context menu. Select {\sl 3D Structure}, this
3101 opens a Structure Chooser window, select { \sl 1A70} and click {\sl OK}.
3102
3103 {\sl Note: the Structure Chooser interface
3104 provides a smart technique for selecting PDB structures by queryingthe meta-data
3105 of structures. Extra information can be including in this window by checking boxes
3106 in the ``Configure Displayed Columns'' tab}.
3107 % JBP Note: Bug JAL-1238 needs to be fixed ASAP
3108 }
3109 \exstep{By default the Jmol
3110 structure viewer opens in the Jalview desktop. Rotate the molecule by clicking
3111 and dragging in the structure viewing box.
3112 Zoom with the mouse scroll wheel. } 
3113 \exstep{Roll the
3114 mouse cursor along the {\sl FER1\_SPIOL} sequence in the alignment.
3115 Note that if a residue in the sequence maps to one in the structure, a label
3116 will appear next to that residue in the structure viewer.}
3117 \exstep{Move the mouse over the structure. In the Jmol viewer, placing the mouse over a
3118 part of the structure will bring up a tool tip indicating the name and number of that residue.
3119 In the alignment window, the corresponding residue in the sequence is
3120 highlighted in black.}
3121 \exstep{Clicking the alpha carbon toggles the highlight and residue label on and
3122 off.
3123 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. }
3124 \exstep{In the structure viewer menu, select {\sl Colours $\Rightarrow$ Background
3125 Colour\ldots} and choose a suitable colour.
3126 Press OK to apply this.}
3127 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Save As $\Rightarrow$ PNG} and save the
3128 image. On your computer, view this with a suitable program. } 
3129 \exstep{Select
3130 {\sl File $\Rightarrow$ View Mapping} from the structure viewer menu.
3131 A new window opens showing the residue by residue alignment between the sequence and the structure.} 
3132 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Save $\Rightarrow$ PDB file} and choose a new filename to save the PDB file. 
3133 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 
3134 to the Jalview desktop (or load it from the {\sl Jalview Desktop $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From File } menu). 
3135 Verify that you can open and view the associated structure from the sequence ID
3136 pop-up menu's {\sl 3D Structure } submenu in the new alignment window.}
3137
3138 \exstep{In the Jmol window, right click on the structure window and explore the
3139 menu options. Try to change the style of molecular display - for example by
3140 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.} 
3141 \exstep{In the alignment window, use the {\sl File $\Rightarrow$ Save As .. }
3142 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.
3143 Verify that the Jmol display is as it was when you just saved the file.}}
3144
3145 \exercise{Setting Chimera as the default 3D Structure Viewer}{\label{viewingchimera} 
3146 Jalview supports molecular structure
3147 visualization using both Jmol and Chimera 3D viewers. Jmol is the default
3148 viewer, however Chimera can be set up as the default choice from Preferences.
3149
3150 \exstep{First, Chimera must be downloaded and installed on the computer.
3151 Chimera program is available on the UCSF web site \textsf{https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/download.html}.}
3152 \exstep{In the desktop menu, select {\sl Tool  $\Rightarrow$ Preferences}. In
3153 the ``{\sl
3154 Structure}'' tab set {\sl Default structure viewer} as {\sl
3155 Chimera}; then click {\sl OK}.} 
3156 \exstep{Close the Jalview program, from the
3157 {\sl Desktop menu} select {\sl Jalview $\Rightarrow$ Quit Jalview}. Then reopen
3158 Jalview, Chimera should open as the default viewer.}
3159 {\sl Note: The Jmol structure viewer sits within the Jalview desktop; however
3160 the Chimera structure viewer sits outside the Jalview desktop and a Chimera
3161 view window sits inside the Jalview desktop.} }
3162
3163 \subsection{Superimposing Structures}
3164 \label{superposestructs}
3165 Many comparative biomolecular analysis investigations aim to determine if the
3166 biochemical properties of a given molecule are significantly different to its
3167 homologues. When structure data is available, comparing the shapes of molecules
3168 by superimposing them enables substructure that may impart different behaviour
3169 to be quickly identified. The identification of optimal 3D superpositions
3170 involves aligning 3D data rather than sequence symbols, but the result can
3171 still be represented as a sequence alignment, where columns indicate positions
3172 in each molecule that should be superposed to recreate the optimal 3D alignment.
3173
3174 Jalview can employ Jmol's 3D fitting routines\footnote{See
3175 \href{http://chemapps.stolaf.edu/jmol/docs/?ver=12.2$\#$compare}{http://chemapps.stolaf.edu/jmol/docs/?ver=12.2$\#$compare}
3176 for more information.} to recreate 3D structure superpositions based on the
3177 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
3178 structure is added to an existing Jmol display using the {\sl Structure
3179 $\Rightarrow$ View PDB Structure $\Rightarrow$ ..}. A new Jmol view containing
3180 superposed structures can also be created using the {\sl Structure
3181 $\Rightarrow$ View all {\bf N} PDB Structures} option (when {\bf {\sl N}}
3182 $>$ 1) if the current selection contains two or more sequences with associated
3183 structures.
3184
3185 \subsubsection{Obtaining the RMSD for a Superposition}
3186 The RMSD (Root Mean Square Deviation) is a measure of how similar the structures
3187 are when they are superimposed. Figure \ref{mstrucsuperposition} shows a
3188 superposition created during the course of Exercise \ref{superpositionex}. The
3189 parts of each molecule used to construct the superposition are rendered using
3190 the cartoon style, with other parts of the molecule drawn in wireframe. The Jmol
3191 console, which has been opened after the superposition was performed, shows the
3192 RMSD report for the superposition.
3193 Full information about the superposition is also outputed to the Jalview
3194 console.\footnote{The Jalview Java Console is opened from {\sl Tools
3195 $\Rightarrow$ Java Console} option in the Desktop's menu bar} This output also
3196 includes the precise atom pairs used to superpose structures.
3197
3198 \subsubsection{Choosing which part of the Alignment is used for Structural
3199 Superposition} Jalview uses the visible part of each alignment view to define
3200 which parts of each molecule are to be superimposed. Hiding a column in a view
3201 used for superposition will remove that correspondence from the set, and will
3202 exclude it from the superposition and RMSD calculation.
3203 This allows the selection of specific parts of the alignment to be used for
3204 superposition. Only columns that define a complete set of correspondences for
3205 all structures will be used for structural superposition, and as a consequence,
3206 the RMSD values generated for each pair of structures superimposed can be
3207 directly compared.
3208
3209 In order to recompute a superposition after changing a view or editing the
3210 alignment, select the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Align sequences } menu option. The {\sl
3211 Jmol $\Rightarrow$ Superpose with ..} submenu allows you to choose which of the
3212 associated alignments and views are to be used to create the set of
3213 correspondences. This menu is useful when composing complex superpositions
3214 involving multi-domain and multi-chain complexes, when correspondences may be
3215 defined by more than one alignment.
3216
3217 Note that these menu options appear when you have two or more structures in one Jmol viewer.
3218
3219 \begin{figure}[htbp]
3220 \begin{center}
3221 \includegraphics[width=5.5in]{images/fdxsuperposition.pdf}
3222 \caption{{\bf Superposition of two ferredoxin structures.} The alignment on the
3223 left was used by Jalview to superpose structures associated with the
3224 FER1\_SPIOL and FER1\_MAIZE sequences in the alignment. Parts of each structure
3225 used for superposition are rendered as a cartoon, the remainder rendered in
3226 wireframe. The RMSD between corresponding positions in the structures before and
3227 after the superposition is shown in the Jmol console.}
3228 \label{mstrucsuperposition}
3229 \end{center}
3230 \end{figure}
3231
3232 \subsection{Colouring Structure Data Associated with Multiple Alignments and
3233 Views} Normally, the original view from which a particular structure view was
3234 opened will be the one used to colour structure data. If alignments involving
3235 sequences associated with structure data shown in a Jmol have multiple views, Jalview gives you full control
3236 over which alignment, or alignment view, is used to colour the structure
3237 display. Sequence-structure colouring associations are
3238 changed {\sl via} the {\sl View $\Rightarrow$ Colour by ..} menu, which lists all
3239 views associated with data shown in the embedded Jmol view. A tick is shown beside
3240 views currently used as colouring source, and moving the
3241 mouse over each view will bring it to the front of the alignment display,
3242 allowing you to browse available colour sources prior to selecting one. If the
3243 {\sl Select many views} option is selected, then multiple views can be selected as sources for colouring the
3244 structure data. {\sl Invert selection} and {\sl Select all views} options are also provided to quickly change between multi-view selections.
3245
3246 Note that the {\sl Select many views} option is useful if you have different
3247 views that colour different areas or domains of the alignment. This option is
3248 further explored in Section \ref{complexstructurecolours}.
3249
3250 \begin{figure}[htbp]
3251 \begin{center}
3252 \includegraphics[width=5.5in]{images/mviewstructurecol.pdf}
3253 \caption{{\bf Choosing a different view for colouring a structure display}
3254 Browsing the {\sl View $\Rightarrow$ Colour by ..} menu provides full control
3255 of which alignment view is used to colour structures when the {\sl Colours
3256 $\Rightarrow$ By Sequence} option is selected.}
3257 \label{mviewstructurecol}
3258 \end{center}
3259 \end{figure}
3260
3261 \exercise{Aligning Structures using the Ferredoxin
3262 Sequence Alignment}{\label{superpositionex}
3263
3264 \exstep{Continue with the Jalview project created in exercise
3265 \ref{viewingstructex}. Use the {\sl Discover PDB IDs} function to retrieve PDB
3266 IDs associated with the FER1\_MAIZE sequence.}
3267 \exstep{Once discovery has completed, use the {\sl
3268 View PDB Structure} submenu to view one of the PDB file associated with
3269 FER1\_MAIZE (eg. 3B2F)
3270 Jalview will give you the option of aligning the structure to the one already
3271 open. To superimpose the structure associated with FER1\_MAIZE with the one
3272 associated with FER1\_SPIOL, press the {\bf Yes} button.
3273
3274 {\sl The Jmol view will update to show both structures, and one will be
3275 moved on to the other. If this doesn't happen, use the Align function in the Jmol submenu}}
3276 \exstep{Create a new view on the alignment, and hide all but columns 121
3277 through to 132.}
3278 \exstep{Use the {\sl Jmol} submenu to
3279 recompute the superposition using just columns 121-132 of the alignment
3280 (The easiest way to achieve this is to select column 121-132 and in the View
3281 menu selected ``All but selected region'' from the Hide options).
3282
3283 {\sl Note how the molecules shift position when superposed using a short part of
3284 the two structures.}}
3285 \exstep{Compare the initial and final RMSDs for superimposing molecules with
3286 the small section and with the whole alignment. (The RMSD report can be
3287 viewed by right clicking the mouse on Jmol window, and select ``Show" and ``Measurements") Which view do you think give the best 3D
3288 superposition, and why ?} }
3289
3290 \subsubsection{Colouring Complexes}
3291 \label{complexstructurecolours}
3292 The ability to control which multiple alignment view is used to colour
3293 structural data is essential when working with data relating to
3294 multidomain biomolecules and complexes. 
3295
3296 In these situations, each chain identified in the structure may have a different
3297 evolutionary history, and a complete picture of functional variation can
3298 only be gained by integrating data from different alignments on the same
3299 structure view. An example of this is shown in Figure
3300 \ref{mviewalcomplex}, based on data from Song et. al.\footnote{Structure of
3301 DNMT1-DNA Complex Reveals a Role for Autoinhibition in Maintenance DNA Methylation. Jikui Song, Olga Rechkoblit, Timothy H. Bestor, and Dinshaw J. Patel.
3302 {\sl Science} 2011 {\bf 331} 1036-1040
3303 \href{http://www.sciencemag.org/content/331/6020/1036}{DOI:10.1126/science.1195380}}
3304
3305 \begin{figure}[htbp]
3306 \begin{center}
3307 \includegraphics[]{images/mchainstructureview.pdf}
3308 \caption{{\bf The biological assembly of Mouse DNA Methyltransferase-1 coloured
3309 by Pfam alignments for its major domains} Alignments for each domain within the
3310 Uniprot sequence DNMT1\_MOUSE have been used to visualise sequence conservation
3311 in each component of this protein-DNA complex. Instructions for recreating this figure are given in exercise \ref{dnmtcomplexex}. }
3312 \label{mviewalcomplex}
3313 \end{center}
3314 \end{figure}
3315
3316 \exercise{Colouring a Protein Complex to Explore Domain-Domain
3317 Interfaces}{\label{dnmtcomplexex}
3318
3319 \exstep{Download the PDB file at
3320 \textsf{\url{http://www.jalview.org/tutorial/DNMT1\_MOUSE.pdb}} to your desktop. 
3321
3322 This is the biological unit for PDB ID 3pt6, as identified by the PDBe's PISA
3323 server.}
3324 \exstep{Launch the Jalview desktop and ensure you have at least 256MB of
3325 free memory available.
3326 {\sl Use the following webstart link:
3327 \href{http://www.jalview.org/services/launchApp?jvm-max-heap=1G}{http://www.jalview.org/services/launchApp?jvm-max-heap=1G}.}
3328 {\sl Alternatively in the Development section of the Jalview web site
3329 (\href{http://www.jalview.org/development/development-builds}{http://www.jalview.org/development/development-builds})
3330 in the ``latest official build'' row in the table, go to the
3331 ``Webstart'' column, click on ``G2''.}}
3332 \exstep{Retrieve the following {\bf full} PFAM alignments: PF02008, PF01426
3333 (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
3334 step 1 onto one of the alignments to associate it with the mouse sequence in
3335 that Pfam domain family.}
3336 \exstep{For every DNMT1\_MOUSE sequence in the alignment, use the sequence
3337 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
3338 colour the sequence.}
3339 \exstep{Repeat the previous two steps for each of
3340 the other alignments. In each case, when performing the `View DNMT1\_MOUSE.pdb'
3341 step, Jalview will ask if you wish to create a new Jmol view. You should
3342 respond `No', {\bf ensuring that each sequence fragment is associated with the same Jmol view}.}
3343 \exstep{Pick a different colourscheme for each alignment, and use the {\sl
3344 Colour by ..} submenu to ensure they are all used to colour the complex shown
3345 in the Jmol window.}
3346 \exstep{The final step needed to reproduce the shading in Figure
3347 \ref{mviewalcomplex} is to use the {\sl Colour $\Rightarrow$ By
3348 Annotation } option in each alignment window to shade the alignment by the
3349 {\bf Conservation} annotation row. This function was described in section
3350 \ref{colourbyannotation}. 
3351
3352 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.
3353
3354 {\sl Note: Choose a different shading scheme for each
3355 alignment so that the regions of strong physicochemical conservation are highlighted. This
3356 kind of shading will reveal conserved regions of interaction between domains 
3357 in the structure.}}
3358 \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.}
3359
3360 % {\sl Note: This exercise relies on new features introduced in Jalview 2.7. If
3361 % you notice any strange behaviour when trying out this exercise, it may be a
3362 % bug (see
3363 % \href{http://issues.jalview.org/browse/JAL-1008}{http://issues.jalview.org/browse/JAL-1008}
3364 % for one relating to highlighting of positions in the alignment window).}
3365 }
3366
3367 % TODO
3368 \chapter{Protein Prediction Analysis}
3369 \label{proteinprediction}
3370 \section{Protein Secondary Structure Prediction}
3371 \label{protsspredservices}
3372 Protein secondary structure prediction is performed using the
3373 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
3374
3375 {\sl ``Jpred: A Consensus Secondary Structure Prediction Server''} Cuff, J. A.,
3376 Clamp, M. E., Siddiqui, A. S., Finlay, M. and Barton, G. J. (1998) {\sl
3377 Bioinformatics} {\bf 14}, 892-893} server at the University of
3378 Dundee\footnote{http://www.compbio.dundee.ac.uk/www-jpred/}. The behaviour of
3379 this calculation depends on the current selection:
3380 \begin{list}{$\circ$}{}
3381 \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.
3382 \begin{list}{-}{}
3383               \item If all rows are the same length (often due to the
3384               application of the {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps} option), then
3385               a JPred prediction will be run for the first sequence in the
3386               alignment, using the current alignment as the profile to use for prediction.
3387               \item  Otherwise, just the first sequence will be submitted for a
3388               full JPred prediction.
3389 \end{list}
3390 \item If just one sequence (or a region in one sequence) has been selected, it
3391 will be submitted to the automatic JPred prediction server for homolog detection
3392 and prediction.
3393 \item If a set of sequences are selected, and they appear to be aligned using
3394 the same criteria as above, then the alignment will be used for a JPred
3395 prediction on the first sequence in the set (that is, the one that appears first in the alignment window).
3396 \end{list}
3397 Jpred is launched in the same way as the other web services. Select {\sl Web
3398 Services $\Rightarrow$ Secondary Structure Prediction $\Rightarrow$ JNet
3399 Secondary Structure Prediction}\footnote{JNet is the Neural Network based
3400 secondary structure prediction method that the JPred server uses.} from the
3401 alignment window menu (Figure \ref{jpred}).
3402 A status window opens to inform you of the progress of the job. Upon completion, a new alignment window opens and the Jpred
3403 predictions are included as annotations. Consult the Jpred documentation for
3404 information on interpreting these results.
3405
3406 \begin{figure}[htbp]
3407 \begin{center}
3408 \includegraphics[width=2.25in]{images/jpred1.pdf}
3409 \includegraphics[width=3in]{images/jpred2.pdf}
3410 \caption{{\bf Secondary Structure Prediction} Status (left) and results (right) windows for JNet predictions. }
3411 \label{jpred}
3412 \end{center}
3413 \end{figure}
3414
3415 \subsubsection{Hidden Columns and JNet Predictions}
3416 \label{hcoljnet}
3417 Hidden columns can be used to exclude parts of a sequence or profile from the
3418 input sent to the JNet service. For instance, if a sequence is known to include
3419 a large loop insertion, hiding that section prior to submitting the JNet
3420 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
3421 be mapped back onto the visible parts of the sequence, to ensure a single frame
3422 of reference is maintained in your analysis.
3423
3424 \section{Protein Disorder Prediction}
3425 \label{protdisorderpred}
3426
3427 Disordered regions in proteins were classically thought to correspond to
3428 ``linkers'' between distinct protein domains, but disorder can also play a role in
3429 function. The {\sl Web Services $\Rightarrow$ Disorder} menu in the alignment window
3430 allows access to protein disorder prediction services provided by the configured
3431 JABAWS servers. 
3432
3433 \subsection{Disorder Prediction Results}
3434 Each service operates on sequences in the alignment to identify regions likely
3435 to be unstructured or flexible, or alternately, fold to form globular domains.
3436 As a consequence, disorder predictor results include both sequence features and
3437 sequence associated alignment annotation rows. Section \ref{featannot} describes
3438 the manipulation and display of these data in detail, and Figure
3439 \ref{alignmentdisorder} demonstrates how sequence feature shading and
3440 thresholding (described in Section \ref{featureschemes}) can be used to
3441 highlight differences in disorder prediction across aligned sequences.
3442
3443 \exercise{Secondary Structure Prediction}{
3444 \label{secstrpredex}
3445 \exstep{ Open the alignment at \url{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. Select the sequence {\sl FER\_MESCR} by 
3446 clicking on the sequence ID. Then select {\sl Web Services $\Rightarrow$ Secondary Structure Prediction $\Rightarrow$ JNet Secondary Structure Prediction} 
3447 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. 
3448 Note that the number of sequences in the results window is many more than in the original alignment as 
3449 JNet performs a PSI-BLAST search to expand the prediction dataset. The results
3450 from the prediction are visible in the annotation panel. Jnet secondary
3451 structure prediction annotations are examples of sequence-associated alignment annotation. }
3452 % TODO: check how long this takes - about 2 mins once it gets on the cluster.
3453 \exstep{
3454 Select a different sequence and perform a JNet prediction in the same way. There will probably be minor differences in the predictions.
3455 }
3456 \exstep{
3457 Select the sequence used in the second sequence prediction by clicking on its
3458 name in the sequence ID panel, and copy {\sl ([CTRL] or [CMD]/C)} and then
3459 paste it {\sl [CTRL] or [CMD]/V)} into the first prediction window.  You
3460 can now compare the two predictions as the annotations associated with the
3461 sequence has also been copied across.
3462 % which is described in Section \ref{seqassocannot} below.
3463 }
3464 \exstep{
3465 Select and hide some columns in one of the alignment profiles that were returned
3466 from the JNet service, and then submit the profile for prediction again.
3467 }
3468 \exstep{
3469 When you get the result, verify that the prediction has not been made for the
3470 hidden parts of the profile (by clicking the mouse on column ruler and right click to open the
3471 context menu and select {\sl Reveal All}), and that the JPred reliability scores
3472 differ from the prediction made on the full profile.
3473 }
3474 \exstep{
3475 In the original alignment that you loaded in step 1, select {\bf all}
3476 sequences, then open the {\sl Sequence ID $\Rightarrow$ Selection } submenu
3477 by right clicking the mouse to open the context menu, and select the {\sl Add
3478 Reference Annotation} option.
3479
3480 {\bf All} the JNet predictions for the sequences will now be visible in the
3481 original alignment window.
3482
3483 {\sl Note: The annotation panel can get quite busy and it may be
3484 helpful to hide some of the annotations rows, by right clicking the mouse in
3485 the annotation label panel and select ``Hide this row'' option in the context
3486 menu}.} }
3487
3488 \begin{figure}[htbp]
3489 \begin{center}
3490 \includegraphics[width=5in]{images/disorderpred.pdf}
3491 \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. }
3492 \label{alignmentdisorder}
3493 \end{center}
3494 \end{figure}
3495
3496 \subsubsection{Navigating Large Sets of Disorder Predictions}
3497
3498 Figure \ref{alignmentdisorderannot} shows a single sequence annotated with
3499 a range of disorder predictions. Disorder prediction annotation rows are
3500 associated with a sequence in the same way as secondary structure prediction
3501 results. When browsing an alignment containing large numbers of disorder
3502 prediction annotation rows, clicking on the annotation row label will highlight
3503 the associated sequence in the alignment display, and double clicking will
3504 select that sequence.
3505
3506 \begin{figure}[htbp]
3507 \begin{center}
3508 \includegraphics[width=5in]{images/disorderpredannot.pdf}
3509 \caption{{\bf Annotation rows for several disorder predictions on a sequence}. A
3510 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. }
3511 \label{alignmentdisorderannot}
3512 \end{center}
3513 \end{figure}
3514
3515
3516 \subsection{Disorder Predictors provided by JABAWS 2.0}
3517 For full details of each predictor and the results that Jalview can display,
3518 please consult
3519 \href{http://www.jalview.org/help/html/webServices/proteinDisorder.html}{Jalview's
3520 protein disorder service documentation}. Short descriptions of the methods provided in JABAWS 2.0 are given below:
3521
3522 \subsubsection{DisEMBL}
3523 \href{http://dis.embl.de/}{DisEMBL (Linding et al., 2003)} is a set of machine-learning based predictors trained to
3524 recognise disorder-related annotation found on PDB structures.
3525
3526 \textbf{COILS} Predicts
3527 loops/coils according to DSSP
3528 definitions\footnote{DSSP Classifications of secondary structure are: $\alpha$-helix (H), 310-helix (G), $\beta$-strand (E)
3529 are ordered, and all other states ($\beta$-bridge (B), $\beta$-turn (T), bend (S),
3530 $\pi$-helix (I), and coil (C)) considered loops or coils.}. Features mark range(s) of
3531 residues predicted as loops/coils, and annotation row gives raw value
3532 for each residue. Value over 0.516 indicates loop/coil.
3533
3534 \textbf{HOTLOOPS} constitute a refined subset of \textbf{COILS}, namely those loops with
3535 a high degree of mobility as determined from C$\alpha$ temperature factors (B
3536 factors). It follows that highly dynamic loops should be considered
3537 protein disorder. Features mark range(s) of residues predicted to
3538 be hot loops and annotation row gives raw value for each
3539 residue. Values over 0.6 indicates hot loop.
3540
3541 \textbf{REMARK465} ``Missing
3542 coordinates in X-ray structure as defined by remark465 entries in PDB.
3543 Nonassigned electron densities most often reflect intrinsic disorder,
3544 and have been used early on in disorder prediction.'' Features give
3545 range(s) of residues predicted as disordered, and annotation rows gives
3546 raw value for each residue. Values over 0.1204 indicates disorder.
3547
3548 \subsubsection{RONN {\sl a.k.a.} Regional Order Neural Network}
3549 \href{http://www.strubi.ox.ac.uk/RONN}{RONN} employs an approach
3550 known as the `bio-basis' method to predict regions of disorder in
3551 sequences based on their local similarity with a gold-standard set of
3552 disordered protein sequences. It yields a set of disorder prediction
3553 scores, which are shown as sequence annotation below the alignment.
3554
3555 \textbf{JRonn}\footnote{JRonn denotes the score for this server because JABAWS
3556 runs a Java port of RONN developed by Peter Troshin and distributed as
3557 part of \href{http://www.biojava.org/}{Biojava 3}} Annotation Row gives RONN score for each residue in
3558 the sequence. Scores above 0.5 identify regions of the protein likely
3559 to be disordered.
3560
3561 \subsubsection{IUPred}
3562 \href{http://iupred.enzim.hu/Help.php}{IUPred} employs
3563 an empirical model to estimate likely regions of disorder. There are
3564 three different prediction types offered, each using different
3565 parameters optimized for slightly different applications. It provides
3566 raw scores based on two models for predicting regions of `long
3567 disorder' and `short disorder'. A third predictor identifies regions
3568 likely to form structured domains.
3569
3570 \textbf{Long disorder} Annotation rows predict
3571 context-independent global disorder that encompasses at least 30
3572 consecutive residues of predicted disorder. A 100 residue
3573 window is used for calculation. Values above 0.5 indicates the residue is
3574 intrinsically disordered.
3575
3576 \textbf{Short disorder} Annotation rows predict for short, (and
3577 probably) context-dependent, disordered regions, such as missing
3578 residues in the X-ray structure of an otherwise globular protein.
3579 Employs a 25 residue window for calculation, and includes adjustment
3580 parameter for chain termini which favors disorder prediction at the
3581 ends. Values above 0.5 indicate short-range disorder.
3582
3583 \textbf{Structured domains} are marked with sequence Features. These highlight
3584 likely globular domains useful for structure genomics investigation. Post-analysis of disordered region profile to find continuous regions
3585 confidently predicted to be ordered. Neighbouring regions close to
3586 each other are merged, while regions shorter than the minimal domain
3587 size of at least 30 residues are ignored.
3588
3589 \subsubsection{GLOBPLOT}
3590 \href{http://globplot.embl.de/}{GLOBPLOT} defines regions of
3591 globularity or natively unstructured regions based on a running sum of
3592 the propensity of residues to be structured or unstructured. The
3593 propensity is calculated based on the probability of each amino acid
3594 being observed within well defined regions of secondary structure or
3595 within regions of random coil. The initial signal is smoothed with a
3596 Savitzky-Golay filter, and its first order derivative
3597 computed. Residues for which the first order derivative is positive
3598 are designated as natively unstructured, whereas those with negative
3599 values are structured.
3600
3601 {\bf Disordered region} sequence features are created marking mark range(s) of residues with positive first order derivatives, and 
3602 \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
3603 residue is disordered. 
3604
3605 \textbf{Smoothed Score and Raw Score} annotation rows give the smoothed and raw scores used to create the differential signal that
3606 indicates the presence of unstructured regions. These are hidden
3607 by default, but can be shown by right-clicking on the alignment
3608 annotation panel and selecting \textbf{Show hidden annotation}.
3609
3610 \exercise{Protein Disorder Prediction}{
3611 %\label{protdispredex}
3612
3613 \exstep{Open the alignment at
3614 \url{http://www.jalview.org/tutorial/interleukin7.fa}. } also available  at
3615
3616
3617 \url{http://www.jalview.org/tutorial/training-materials/2014/Dundee/Oct/interleukin7.fa}
3618
3619 \exstep{Run the DisEMBL disorder predictor {\slvia} the {\slWeb Services
3620 $\Rightarrow$ Disorder Prediction } submenu.}
3621
3622 \exstep{Use {\sl Sequence ID $\Rightarrow$ Structure $\Rightarrow$ Discover PDB
3623 IDs} to retrieve all the PDB structures for the sequences.}
3624
3625 \exstep{Open and align
3626 the structures for all sequences. {\sl Hint: see \ref{viewAllStructures} to see
3627 how to do this.}}
3628
3629 \exstep{Compare the disorder predictions to the structure data by mapping any
3630 available temperature factors to the alignment {\sl via} the {\sl Sequence ID
3631 Popup $\Rightarrow$ Selection $\Rightarrow$ Add reference annotation} option.}
3632
3633 \exstep{Apply the IUPred disorder prediction method.} 
3634 \exstep{Use the {\sl Per
3635 sequence option} in the {\sl Colour $\Rightarrow$ By annotation \ldots} dialog to shade
3636 the sequences by the long and short disorder predictors.
3637 Do the two methods agree with the structure ?}}
3638
3639 \chapter{DNA and RNA Sequences}
3640 \label{dnarna}
3641 \section{Working with DNA}
3642 \label{workingwithnuc}
3643 Jalview was originally developed for the analysis of protein sequences, but
3644 now includes some specific features for working with nucleic acid sequences
3645 and alignments. Jalview recognises nucleotide sequences and alignments based on
3646 the presence of nucleotide symbols [ACGT] in greater than 85\% of the
3647 sequences. Built in codon-translation tables can be used to translate ORFs
3648 into peptides for further analysis. EMBL nucleotide records retrieved {\sl via} the
3649 sequence fetcher (see Section \ref{fetchseq}) are also parsed in order to
3650 identify codon regions and extract peptide products. Furthermore, Jalview
3651 records mappings between protein sequences that are derived from regions of a
3652 nucleotide sequence. Mappings are used to transfer annotation between
3653 nucleic acid and protein sequences, and to dynamically highlight regions in
3654 one sequence that correspond to the position of the mouse pointer in another.
3655 %TODO Working with Nucleic acid sequences and structures.
3656 \subsection{Alignment and Colouring}
3657
3658 Jalview provides a simple colourscheme for DNA bases, but does not apply any
3659 specific conservation or substitution score model for the shading of
3660 nucleotide alignments. However, pairwise alignments performed using the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Pairwise Alignment
3661 \ldots} option will utilise an identity score matrix to calculate alignment
3662 score when aligning two nucleotide sequences.
3663
3664 \subsubsection{Aligning Nucleic Acid Sequences}
3665
3666 Jalview has limited knowledge of the capabilities of the programs that
3667 are made available to it {\sl via} web services, so it is up to you, the user,
3668 to decide which service to use when working with nucleic acid sequences. The
3669 table shows which alignment programs are most appropriate
3670 for nucleotide alignment. Generally, all will work, but some may be more suited
3671 to your purposes than others. We also note that none of these include
3672 support for taking RNA secondary structure prediction into account when aligning
3673 sequences (but will be providing services for this in the future!) 
3674 \begin{table}{}
3675 \centering
3676 \begin{tabular}{|l|c|l|}
3677 \hline
3678 Program& NA support& Notes\\
3679 \hline
3680 ClustalW& Yes&\begin{minipage}[f]{3in}
3681 Default is to autodetect nucleotide
3682 sequences. Editable parameters include nucleotide substitution matrices and
3683 distance metrics.
3684 \end{minipage}
3685
3686 \\
3687 \hline
3688
3689 Muscle& Yes (treat U as T)&\begin{minipage}[f]{3in}
3690 Default is to autodetect nucleotide
3691 sequences. Editable parameters include nucleotide substitution matrices and
3692 distance metrics.
3693 \end{minipage}
3694
3695 \\
3696 \hline
3697
3698 MAFFT& Yes&\begin{minipage}[f]{3in}
3699 Will autodetect nucleotide sequences and use a hardwired substitution model
3700 (all amino-acid sequence related parameters are ignored). Unknown whether
3701 substitution model treats Uracil specially.
3702 \end{minipage}
3703
3704 \\
3705 \hline
3706
3707 ProbCons& No&\begin{minipage}[f]{3in}
3708 ProbCons has no special support for aligning nucleotide sequences. Whilst an
3709 alignment will be returned, it is unlikely to be reliable.
3710 \end{minipage}
3711
3712 \\
3713 \hline
3714
3715 T-COFFEE& Yes&\begin{minipage}[f]{3in}
3716 Sequence type is automatically detected and an appropriate
3717 parameter set used as required. A range of nucleotide specific
3718 score models are available.\end{minipage}
3719
3720 \\\hline
3721 \end{tabular}
3722 \caption{{\bf JABAWS Alignment programs suitable for aligning nucleic acid
3723 sequences.} All JABAWS alignment services will return an alignment if provided
3724 with RNA or DNA sequences, with varying reliability.}
3725 \label{nucleomsatools}
3726 \end{table}
3727
3728 \subsection{Translate cDNA}
3729
3730 The {\sl Calculate $\Rightarrow$ Translate cDNA} function in the alignment
3731 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.
3732
3733 \subsection{Linked DNA and Protein Views}
3734
3735 \parbox{3.5in}{
3736 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.
3737 }\parbox{3in}{
3738 \begin{center}
3739 %\begin{figure}[htbp]
3740
3741 \includegraphics[width=2.8in]{images/cdnatranslinkedwin.pdf}
3742
3743 %\caption{{\bf Linked DNA and Protein Views.} }
3744 %\end{figure}
3745 \end{center}
3746 }
3747
3748
3749 \subsection{Coding Regions from EMBL Records}
3750
3751 Many EMBL records that can be retrieved with the sequence fetcher contain exons.
3752 Coding regions will be marked as features on the EMBL nucleotide sequence, and
3753 Uniprot database cross references will be listed in the tooltip displayed when
3754 the mouse hovers over the sequence ID. Uniprot database cross references
3755 extracted from EMBL records are sequence cross references, and associate a
3756 Uniprot sequence's coordinate system with the coding regions annotated on the
3757 EMBL sequence. Jalview utilises cross-reference information in two ways.
3758 \subsubsection{Retrieval of Protein or DNA Cross References}
3759 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).
3760
3761 \subsubsection{Retrieval of Protein DAS Features on Coding Regions}
3762
3763 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.
3764
3765 \begin{figure}[htbp]
3766 \begin{center}
3767 \label{dnadasfeatures}
3768 \includegraphics[width=5in]{images/dnadasfeatures.pdf}
3769
3770 \caption{Uniprot and PDB sum features retrieved {\sl via} DAS and mapped onto
3771 coding regions of EMBL record V00488 (an earlier version of Jalview is shown
3772 here).}
3773
3774 \end{center}
3775 \end{figure}
3776
3777 \exercise{Visualizing Protein Features on Coding Regions}
3778 {
3779 \exstep{Use the sequence fetcher to retrieve EMBL record D49489.}
3780 \exstep{Ensure that {\sl View $\Rightarrow$ Show Sequence Features} is checked and change the 
3781 alignment view format to Wrapped mode so the distinct exons can be seen.}
3782 \exstep{Open the {\sl DAS Settings} tab in the {\sl Sequence Feature Settings\ldots} 
3783 window {\sl View $\Rightarrow$ Features setting}
3784 and fetch features for D49489 from the Uniprot reference server,
3785 and any additional servers that work with the Uniprot coordinate system.}
3786 \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.}
3787 \exstep{Open a new alignment view containing the Uniprot protein product 
3788 with {\sl Calculate $\Rightarrow$ Get Cross References $\Rightarrow$ Uniprot } 
3789 and examine the database references and sequence features. Experiment with the 
3790 interactive highlighting of codon position for each residue.}
3791 }
3792 % \section{Working with RNA}
3793 % \label{workingwithrna}
3794
3795 % \subsection{RNA specific alignment colourschemes}
3796 % \label{rnacolschemes}
3797
3798 % \subsection{Exploring RNA secondary structure with VARNA}
3799 % \label{varna}
3800
3801 % \subsection{RNA Secondary structure annotation}
3802 % \subsubsection{Interactive creation of RNA secondary structure annotation}
3803 % \label{rnasecstrediting}
3804
3805 % \subsubsection{Import and export of RNA secondary structure annotation}
3806 % \label{rnasecstrio}
3807
3808
3809 % \chapter{Advanced Jalview}
3810
3811 % \section{Customising Jalview}
3812 % \subsection{Setting preferences}
3813
3814 % 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. 
3815
3816 % \subsection{Adding your own URL links}
3817
3818 % \subsection{Working with Databases and Database Cross References}
3819 % \label{getcrossrefs}
3820
3821 % {\sl Calculations $\Rightarrow$ Get Cross References }
3822
3823 % \section{Jalview IO Interface}
3824 % \subsection{Multiple views}
3825 % \subsection{Annotation files}
3826 % \subsection{Feature files}
3827 % \subsection{Moving sequence associated annotation}
3828 % \subsection{Propagating features}
3829 % \section{Structures}
3830 % \subsection{Working with Modeller files}
3831 % \subsection{Using local PDB files}
3832 % \section{Pairwise alignments}
3833
3834 \section{Working with RNA}
3835 Jalview allows the creation of RNA secondary structure annotation, and includes
3836 the VARNA secondary structure viewer for the display of RNA base pair diagrams.
3837 It also allows the extraction of RNA secondary structure from 3D data when
3838 available.
3839
3840 \subsection{Performing RNA Secondary Structure Predictions}
3841 Secondary structure consensus calculations can be performed by enabling the
3842 VIENNA service {\sl via} the {\sl Web Services $\Rightarrow$ Secondary
3843 Structure} menu. These consensus structures are created by analysing the
3844 covariation patterns in all visible sequences on the alignment. For more
3845 information see the VIENNA documentation.
3846
3847 \begin{figure}[htbp]
3848 \begin{center}
3849 \label{rnaviennaservice}
3850 \includegraphics[width=5in]{images/rnaViennaServiceWindow.pdf}
3851
3852 \caption{Secondary structure consensus calculations can be performed by enabling the
3853 VIENNA service {\sl via} the {\sl Web Services $\Rightarrow$ Secondary
3854 Structure} menu.}
3855
3856 \end{center}
3857 \end{figure}
3858
3859 \begin{figure}[htbp]
3860 \begin{center}
3861 \label{rnaviennaaltpairs}
3862 \includegraphics[width=5in]{images/rnaViennaAlternateProbs.pdf}
3863
3864 \caption{VIENNA can calculate alternate RNA base pairing probabilities. These
3865 are shown in Jalview as tool-tips on the RNA secondary structure probability
3866 score.}
3867
3868 \end{center}
3869 \end{figure}
3870
3871
3872 \exercise{Viewing RNA Structures}
3873 { \label{viewingrnaex}
3874
3875 \exstep{Import RF00162 from Rfam (Full) using Fetch sequence(s) option in File
3876 menu.}
3877 \exstep{Select {\sl Colour by RNA Helices} to shade the alignment by
3878 the secondary structure annotation provided by Rfam.}
3879
3880 \exstep{Open VARNA with {\sl Structure $\Rightarrow$ View Structure
3881 $\Rightarrow$ RNA Secondary Structure}.
3882 In the VARNA Structures Manager toggle between (i) secondary structure
3883 (alignment) (with gaps) and (ii) trimmed secondary structure (alignment). 
3884 Explore the difference between trimmed and untrimmed views.
3885 Click on different residues and located them in the sequence alignment window.}
3886
3887 \exstep{In the VARNA Structures Manager, right click on display window to
3888 bring up the pop up context menu. Investigate option within File, Export, Display
3889 and Edit sections.}
3890
3891 \exstep{Perform a secondary structure prediction in {\sl Web Services}. Enable
3892 the VIENNA consensus calculation via the {\sl Web Services} menu and select
3893 Change RNAAIiFold settings option.}
3894 % Compare this with the annotationline provided by Rfam.
3895
3896 \exstep{Edit the VIENNA calculation settings to show
3897 Base Pair probabilities. Explore how editing the alignment affects the consensus
3898 calculation.}
3899
3900 \exstep{Import 2GIS from PDB database using Fetch sequence(s) option.}
3901 \exstep{Click on a sequence in Sequence ID panel and select {\sl Structure
3902 $\Rightarrow$ View Structure $\Rightarrow$ 2GIS}, to view the structure in Jmol
3903 window. Click on different residues and located them in the sequence alignment window.}
3904 %\exstep{Add and link a Jmol structure view
3905 %for Bacillus\_amyloliquef.9 for 3NPB (from the PDB). Display the secondary
3906 %structure along-side the consensus structure for the alignment by adding
3907 %reference annotation from the 3D structure.
3908
3909 %{\sl Hint: You need to make sure the RNAview service is enabled in your {\sl
3910 %Structure} preferences to obtain RNA secondary structure annotation from PDB
3911 %files.}}
3912
3913  }
3914
3915 \chapter{Webservices}
3916 \label{jvwebservices}
3917 The term ``Webservices'' refers to a variety of data exchange
3918 mechanisms based on HTTP.\footnote{HTTP: Hyper-Text Transfer Protocol.} 
3919
3920 \parbox[c]{4.5in}{Jalview can exploit public webservices to access databases
3921 remotely, and also submit data to public services by opening pages with your web browser. These types of
3922 services are `one-way', {\sl i.e.} data is either sent to the webservice or
3923 retrieved from it by Jalview. The desktop application can also interact
3924 with `two-way' remote analysis services in order to offload computationally
3925 intensive tasks to High Performance Computing facilities. Most of these two-way
3926 services are provided by {\bf Ja}va {\bf B}ioinformatics {\bf A}nalysis {\bf
3927 W}eb {\bf S}ervice (JABAWS) servers\footnote{See
3928 http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws for more information and to download
3929 your own server.}, which provides an easily installable system for performing
3930 a range of bioinformatics analysis tasks. }
3931 \parbox[c]{1.75in}{\includegraphics[width=1.65in]{images/wsmenu.pdf}}
3932
3933 \subsection{One-Way Web Services}
3934
3935 There are two types of one way service in Jalview. Database services,
3936 which were introduced in in Section \ref{fetchseq}, provide sequence and
3937 alignment data. They can also be used to add sequence IDs to an alignment
3938 imported from a local file, prior to further annotation retrieval, as described
3939 in Section \ref{featuresfromdb}. A second type of one way service is provided
3940 by Jalview's DAS sequence feature retrieval system, which is described
3941 in Section \ref{dasfretrieval}. 
3942 % The final type of one way service are sequence
3943 % and ID submission services.
3944 % exemplified by the `Envision2 Services' provided
3945 % by the ENFIN Consortium\footnote{ENFIN is the European Network for Functional
3946 % INtegration. Please see http://www.enfin.org for more information. }.
3947
3948 % \subsubsection{One-way submission services}
3949 % Jalview can use the system's web browser to submit sets of sequences and
3950 % sequence IDs to web based applications. Single sequence IDs can be passed to
3951 % a web site using the user definable URL links listed under the {\sl
3952 % Links} submenu of the sequence ID popup menu. These are configured
3953 % in the {\sl Connections} tab of the {\sl Preferences} dialog box.
3954
3955 % The Envision 2 services presented in the webservice menu provides are the first
3956 % example of one-way services where multiple sequences or sequence IDs can be
3957 % sent. The {\sl Web service $\Rightarrow$ Envision 2 Services} menu entry
3958 % provides two sub-menus that enable you to submit the sequences or IDs
3959 % associated with the alignment or just the currently selected sequences to one
3960 % of the Envision2 workflows. Selecting any one will open a new browser window on
3961 % the Envision2 web application. The menu entries and their tooltips provide
3962 % details of the Envision2 workflow and the dataset set that will be submitted
3963 % ({\sl i.e.} the database reference type, or associated sequence subset). Please
3964 % note, due to technical limitations, Jalview can currently only submit small
3965 % numbers of sequences to the workflows - if no sequence or ID submissions are
3966 % presented in the submenus, then try to select a smaller number of sequences to
3967 % submit. 
3968
3969 \subsection{Remote Analysis Web Services}
3970 Remote analysis services enable Jalview to use external computational
3971 facilities. There are currently three types of service - multiple sequence
3972 alignment, protein secondary structure prediction, and alignment analysis.
3973 Many of these are provided by JABA servers, which are described at the end of
3974 this section. In all cases, Jalview will construct a job based on the alignment
3975 or currently selected sequences, ask the remote server to run the job, monitor
3976 status of the job and, finally, retrieve the results of the job and display
3977 them. The Jalview user is kept informed of the progress of the job through a
3978 status window.
3979
3980 Currently, web service jobs and their status windows are not stored in Jalview
3981 Project Files\footnote{This may be rectified in future versions.}, so it is
3982 important that you do not close Jalview whilst a job is running. It is also
3983 essential that you have a continuous network connection in order to
3984 successfully use web services from Jalview, since it periodically checks the
3985 progress of running jobs.
3986
3987
3988 \subsection{JABA Web Services for Sequence Alignment and Analysis}
3989 \label{jabaservices}
3990 JABA stands for ``JAva Bioinformatics Analysis'', which is a system developed
3991 by Peter Troshin and Geoff Barton at the University of Dundee for running
3992 computationally intensive bioinformatics analysis programs. A JABA installation
3993 typically provides a range of JABA web services (JABAWS) for use by other
3994 programs, such as Jalview.
3995
3996 Exercises in the remainder of this section will demonstrate the simplest way of
3997 installing JABA on your computer, and configuring Jalview so it can access the JABA services. If you
3998 need any further help or more information about the services, please go to the
3999 \href{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws}{JABAWS home page}.
4000 %% \subsubsection{Aims}
4001 %%  \begin{list}{$\bullet$}{}
4002 %%  \item Gain experience using the different alignment services provided by
4003 % JABA
4004 %%\item Learn about the way that Jalview stores user presets for JABA services
4005 %%\item Learn how to install JABA services and configure Jalview to access them
4006 %%\end{list}
4007
4008 \subsection{Changing the Web Services Menu Layout}
4009 \label{changewsmenulayout}
4010 If you are working with a lot of different JABA services, you may wish to change
4011 the way Jalview lays out the web services menu. You can do this from the Web
4012 Services tab of the {\sl Preferences} dialog box.
4013
4014 \exercise{Changing the Layout of the Web Services Menu}{
4015 \label{changewsmenulayoutex}
4016 \exstep{Make sure you have loaded an alignment into Jalview, and examine the
4017 current layout of the alignment window's {\sl Web Service} menu.}
4018 \exstep{Open the preferences dialog box and select the web services tab.}
4019 \exstep{Ensure the {\sl Enable JABAWS services} checkbox is selected, and unselect
4020 the {\sl Enable Enfin Services} checkboxes.}
4021 \exstep{Hit {\sl Refresh Services} to update the web services menu -- once the
4022 progress bar has completed, open the {\sl Web Service} menu to view the changes.}
4023 \exstep{Select the {\sl Index by host} checkbox and refresh the services once again.
4024
4025 {\sl Observe the way the layout of the JABAWS Alignment submenu changes.}
4026 }
4027 \exstep{Do the same with the {\sl Index by type} checkbox.} 
4028 }
4029
4030 Jalview provides these options for configuring the layout of the  {\sl Web Service}
4031 menu because different Jalview users may have access to a different number of
4032 JABA services, and each will have their own preference regarding the layout of
4033 the menu.
4034
4035 \begin{figure}[htbc]
4036 \begin{center}
4037 \includegraphics[width=3in]{images/jvjabawsconfig.pdf}
4038 \caption{{\bf The Jalview Web Services preferences panel.} Options are provided
4039 for configuring the list of JABA servers that Jalview will use, enabling and
4040 disabling Enfin services, and configuring the layout of the web services
4041 menu.}
4042 \label{jvjabawsconfig}
4043 \end{center}
4044 \end{figure}
4045
4046
4047 \subsubsection{Testing JABA services}
4048 The JABAWS configuration dialog shown in Figure \ref{jvjabawsconfig} has colour
4049 codes to indicate whether the Desktop can access the server, and whether all
4050 services advertised by the server are functional. The colour codes are:
4051
4052 \begin{list}{$\bullet$}{}
4053   \item Red - Server cannot be contacted or reports a connection error.
4054   \item Amber - Jalview can connect, but one or more services are non-functional.
4055   \item Green - Server is functioning normally.
4056 \end{list}
4057   %TODO green and a tick, red and a cros, amber and a value indicating whether its all going
4058
4059 Test results from JABAWS are reported on Jalview's console output (opened from
4060 the Tools menu). Tests are re-run every time Jalview starts, and when the
4061 [Refresh Services] button is pressed on the Jalview JABAWS configuration panel.
4062
4063 \subsubsection{Resetting the JABA Services Setting to their Defaults}
4064 Once you have configured a JABAWS server and selected the OK button of the
4065 preferences menu, the settings will be stored in your Jalview preferences file,
4066 along with any preferences regarding the layout of the web services menu. If
4067 you should ever need to reset the JABAWS server list to its defaults, use the
4068 `Reset Services' button on the Web Services preferences panel.
4069
4070 \subsection{Running your own JABA Server}
4071 You can download and run JABA on your own machine using the `VMWare' or
4072 VirtualBox virtual machine environments. If you would like to learn how to do
4073 this, there are full instructions at the
4074 \href{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws/}{JABA web site}.
4075
4076 \exercise{Installing a JABA Virtual Machine on your Computer}{
4077 \label{jabawsvmex}{\sl This tutorial will demonstrate the simplest way of
4078 installing JABA on your computer, and configuring Jalview so it can access the JABA services. 
4079
4080 {\bf Prerequisites}
4081
4082 You will need a copy of VMWare Player/Workstation/Fusion on your machine.
4083 }
4084
4085 \exstep{If you do not have VMWare player installed, download it from
4086 www.vmware.com (this takes a few minutes -- you will need to register and wait
4087 for an email with a download link).}
4088 \exstep{Download the JABA virtual appliance archive called `jaba-vm.zip' from
4089 \textsf{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws/archive/jabaws-vm.zip}
4090
4091 WARNING: This is large (about 300MB) and will take some time to download.
4092 }
4093 \exstep{Unpack the archive's contents to a place on your machine with at least
4094 2GB of free space.
4095
4096 (On Windows, right click on the archive, and use the 'Extract archive..' option).
4097 }
4098 \exstep{Open the newly extracted directory and double click the VMWare virtual
4099 machine configuration file (jabaws.vcf). This will launch the VMWare player.
4100 }
4101 \exstep{Once VMWare player has started up, it may ask the question ``Did you move or copy
4102 this virtual appliance?'' -- select `Copy'.}
4103 \exstep{You may be prompted to download the VMWare linux tools. These are not
4104 necessary, so close the window or click on `Later'.}
4105 \exstep{You may also be prompted to install support for one or more devices (USB
4106 or otherwise). Say `No' to these options.}
4107 \exstep{Once the machine has loaded, it will display a series of IP addresses
4108 for the different services provided by the VM. Make a note of the JABAWS URL --
4109 this will begin with `http:' and end with `/jabaws''.}
4110 }
4111
4112 \exercise{Configuring Jalview to Access your new JABAWS Virtual Appliance}{
4113 \label{confnewjabawsappl}
4114 \exstep{Start Jalview (If you have not done so already).} 
4115 \exstep{Enable the Jalview Java Console by selecting its option from the Tools
4116 menu.
4117
4118 {\sl Alternately, use the System Java console if you have
4119 configured it to open when Jalview is launched, {\sl via} your system's Java
4120 preferences (under the `Advanced' tab on Windows).}}
4121 \exstep{Open the {\sl Preferences} dialog and locate the Web Services tab.}
4122 \exstep{Add the URL for the new JABAWS server you started in Exercise
4123 \ref{jabawsvmex} to the list of JABAWS urls using the `New Service
4124 URL' button.}
4125 \exstep{You will be asked if you want to test the service. Hit `Yes' to do this
4126 -- you should then see some output in the console window.
4127
4128 {\sl Take a close look at the output in the console.  What do you think is
4129 happening?}
4130 }
4131 \exstep{Hit OK to save your preferences -- you have now added a new JABA
4132 service to Jalview!}
4133 \exstep{Try out your new JABA services by loading the ferredoxin sequences from
4134 http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}
4135 \exstep{Launch an alignment using one
4136 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.
4137
4138 {\sl Note: You can watch the JABA VM appliance's process working by opening the
4139 process monitor on your system. (On Windows XP, this involves right-clicking the
4140 system clock and opening the task manager -- then selecting the 'Processes' tab
4141 and sort by CPU).}
4142 }
4143 }
4144
4145 \end{document}