minor rewording, typo fixes, and more complete introduction to the Jalview/UCSF Chime...
[jalview-manual.git] / TheJalviewTutorial.tex
1 %\documentclass[a4paper,11pt]{report}
2 \documentclass[a4paper,11pt]{book}
3 \usepackage[format=hang,margin=10pt]{caption}
4 \usepackage{footnote}
5 \usepackage{graphicx}
6 \usepackage{fouriernc}
7 %\usepackage{amssymb}
8 \usepackage{epstopdf}
9 \usepackage{hyperref}
10 \usepackage{subfigure}
11 \DeclareGraphicsRule{.tif}{png}{.png}{`convert #1 `dirname #1`/`basename #1 .tif`.png}
12 \voffset = -0.5 in
13 \hoffset = -0.85 in
14 \textwidth = 6.5 in 
15 \textheight = 9.5 in 
16 \oddsidemargin = 1.20 in
17 \evensidemargin = 0.2 in
18 \topmargin = 0.0 in 
19 \headheight = 0.35 in
20 \headsep = 0.4 in
21 %\headheight = 0.0 in \headsep = 0.0 in
22 \parskip = 0.2in \parindent = 0.0in
23
24
25 \newtheorem{theorem}{Theorem}
26 \newtheorem{corollary}[theorem]{Corollary}
27 \newtheorem{definition}{Definition}
28
29
30 \title{Jalview 2.5: A manual and introductory tutorial }
31 \author{David Martin, James Procter, Andrew Waterhouse, Saif Shehata, Nancy Giang,Suzanne Duce and Geoff Barton}
32 \date{Manual version 1.2.3 6th May 2011}
33
34 \newcommand{\clearemptydoublepage}{\newpage{\pagestyle{empty}}\cleardoublepage}
35
36 % how the hell do we add another panel with text like : This tutorial introduces
37 % the user to the features of Jalview, a multiple sequence alignment editor and
38 % viewer available from http://www.jalview.org to the title page.
39
40 % \renewcommand{menustyle}{\tt} %do something more advanced here.
41
42 \newcounter{ecount} 
43 \newcounter{exstep}[ecount]
44 \renewcommand{\theecount} {\arabic{ecount}}
45 \renewcommand{\theexstep} {\arabic{ecount}.\alph{exstep}}
46
47 \newcommand{\exercise}[2] { 
48 \refstepcounter{ecount}
49 \begin{center} \fbox{\parbox[b][\height]{6in}{ 
50 {\bf
51 % this doesn't work - page refs are off 
52 %  \mbox{\addcontentsline{toc}{subsection}{ Exercise \theecount : #1 } }
53 Exercise \theecount  :  #1  } 
54 \par #2 }} \end{center}
55 \pagebreak[0]
56 }
57 \newcommand{\exstep}[1]{ \stepcounter{exstep} {\sl \theexstep.}  \begin{minipage}[t]{5.5in} #1 \end{minipage} \par \vspace *{1mm} }
58 %%% Remove the % on the next 2 lines to hide tutorials.
59 %\renewcommand{\exercise}[2]{} 
60 %\renewcommand{\exstep}[1]{} 
61
62 \begin{document}
63
64
65 \pagenumbering{}
66
67 %\maketitle
68 % we make our own title because JBP is not clever enough to work out how
69 % to
70 % do
71 % this automatically
72
73 \begin{center}
74
75 {\Huge
76  
77 Jalview 2.10.1}
78 \vspace{0.5in}
79 {\huge 
80
81 Manual and  Introductory Tutorial }
82
83 \vspace{2.4in}
84
85 {\large
86
87 David Martin, James Procter, Andrew Waterhouse, Saif Shehata, Nancy Giang,
88
89
90 Suzanne Duce and Geoff Barton
91  
92
93 }
94
95 \vspace{1.2in}
96
97 School of Life Sciences, University of Dundee
98
99 Dundee, Scotland DD1 5EH, UK
100
101
102 \vspace{2in}
103
104 Manual Version 1.8
105 % post CLS lifesci course on 15th January
106 % draft. Remaining items are AACon, RNA visualization/editing and Protein disorder analysis exercises.
107
108 15th February 2017
109
110
111 \end{center}
112
113 %\newpage
114
115 \clearemptydoublepage
116
117 % ($Revision$) 11th October 2010.}
118 % TODO revise for 2.6
119
120 \pagenumbering{roman}
121 \setcounter{page}{1}
122 \tableofcontents 
123 %\clearemptydoublepage
124 % \listoffigures 
125 % \newpage
126 % \listoftables 
127 \newpage
128 \pagenumbering{arabic}
129 \setcounter{page}{1}
130 \chapter{Basics}
131 \label{jalviewbasics}
132 \section{Introduction}
133 \subsection{Jalview}
134 Jalview is a multiple sequence alignment viewer, editor and analysis tool.
135 Jalview is designed to be platform independent (running on Mac, MS Windows, Linux
136 and any other platforms that support Java). Jalview is capable of editing and
137 analysing large alignments (thousands of sequences) with minimal degradation in
138 performance, and able to show multiple integrated views of the alignment and
139 other data. Jalview can read and write many common sequence formats including
140 FASTA, Clustal, MSF(GCG) and PIR.
141
142
143 There are two types of Jalview program. The {\bf Jalview Desktop} is a standalone 
144 application that provides powerful editing, visualization, annotation and
145 analysis capabilities. The {\bf JalviewLite} applet has the same core
146 visualization, editing and analysis capabilities as the desktop, without the
147 desktop's webservice and figure generation capabilities. It is designed to be
148 embedded in a web page,\footnote{A demonstration version of Jalview (Jalview Micro
149 Edition) also runs on a mobile phone but the functionality is limited to sequence
150 colouring.} and includes a javascript API to allow customisable display of
151 alignments for web sites such as Pfam.\footnote{\url{http://pfam.xfam.org}}
152
153
154 The Jalview Desktop in this version
155 provides access to protein and nucleic acid sequence, alignment and structure
156 databases, and includes the Jmol\footnote{ Provided under the LGPL licence at
157 \url{http://www.jmol.org}} viewer for molecular structures, and the VARNA\footnote{Provided under GPL licence at \url{http://varna.lri.fr}} program for the visualization of 
158 RNA secondary structure. It also
159 provides a graphical user interface for the multiple sequence alignment, conservation analysis 
160 and protein disorder prediction methods provided as {\bf Ja}va {\bf B}ioinformatics
161 {\bf A}nalysis {\bf W}eb {\bf S}ervices (JABAWS). JABAWS\footnote{released under GPL at \url{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws}} is a system for 
162 running bioinformatics programs that you can download and run on your own machine or cluster, or install on compute clouds.
163
164 \subsection{Jalview's Capabilities}
165 % TODO add references to appropriate sections for each capability described here.
166 Figure \ref{jvcapabilities} gives an overview of the main features of the
167 Jalview desktop application. Its primary function is the editing and
168 visualization of sequence alignments, and their interactive analysis. Tree
169 building, principal components analysis, physico-chemical property conservation
170 and sequence consensus analyses are built into the program. Web services enable
171 Jalview to access online alignment and secondary structure prediction programs,
172 as well as to retrieve protein and nucleic acid sequences, alignments, protein structures and sequence annotation. 
173 Sequences, alignments, trees, structures, features and alignment annotation may also be exchanged with the local filesystem. 
174 Multiple visualizations of an alignment may be worked on simultaneously, and the user interface provides a comprehensive set of controls for colouring and layout. 
175 Alignment views are dynamically linked with Jmol and UCSF Chimera\footnote{UCSF Chimera needs to be installed separately. It is available free for academic use from \url{https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/download.html}.} structure displays,
176 a tree viewer and spatial cluster display, facilitating interactive exploration of the alignment's structure. The application provides its own Jalview project file format in order 
177 to store the current state of an alignment and analysis windows. Jalview also provides WYSIWIG\footnote{WYSIWIG: What You See Is What You Get.} style
178  figure generation capabilities for the preparation of alignments for publication.
179 \begin{figure}[htbp]
180 \begin{center}
181 \includegraphics[width=5.8in]{images/jvcapabilities.pdf}
182 \caption{{\bf Capabilities of the Jalview Desktop.} The Jalview Desktop Application provides a stable environment for the creation, editing and analysis of alignments and the generation of figures.}
183 \label{jvcapabilities}
184 \end{center}
185 \end{figure}
186
187 \subsubsection{Jalview History}
188 Jalview was initially developed in 1996 by Michele Clamp, James Cuff, Steve
189 Searle and Geoff Barton at the University of Oxford and then the European
190 Bioinformatics Institute. Development of Jalview 2 was made possible with
191 eScience funding from the BBSRC\footnote{Biotechnology and Biological Sciences
192 Research Council grant  {\sl ``VAMSAS: Visualization and Analysis of Molecules,
193 Sequence Alignments and Structures"}, a joint project to enable interoperability
194 between Jalview, TOPALi and AstexViewer.} in 2004, enabling Andrew Waterhouse and
195 Jim Procter to re-engineer the original program to introduce contemporary developments
196 in bioinformatics and take advantage of the latest web and Java technology.
197 Jalview's development has been supported from 2009
198 onwards by BBSRC funding, and since 2014 by a
199 Wellcome Trust Biomedical Resource grant\footnote{Wellcome grant number 101651/Z/13/Z}. In 2010, 2011, and 2012, Jalview benefitted from the
200 \href{http://code.google.com/soc/}{Google Summer of Code}, when Lauren Lui and Jan Engelhardt introduced new features for handling RNA alignments and secondary structure annotation, in collaboration with Yann Ponty.\footnote{\url{http://www.lix.polytechnique.fr/~ponty/}}
201
202  
203 %TODO describe future plans in history ? not a good idea.
204 % Jalview continues to be one of the worlds most popular\footnote{and in the authors opinion, the best.} sequence alignment and analysis tools.
205
206 \subsubsection{Citing Jalview}
207 If you use Jalview in your work you should cite:\newline
208 {\sl "Jalview Version 2 - a multiple sequence alignment editor and analysis
209 workbench"}\newline Waterhouse, A.M., Procter, J.B., Martin, D.M.A, Clamp, M. and Barton, G. J. (2009) \newline {\sl Bioinformatics}  doi: 10.1093/bioinformatics/btp033
210
211 This paper supersedes the original Jalview publication:\newline {\sl "The
212 Jalview Java alignment editor"} \newline Michele Clamp, James Cuff, Stephen M. Searle and Geoffrey J. Barton (2004) \newline {\sl Bioinformatics} {\bf 20} 426-427. 
213
214   
215 \subsection{About this Tutorial }
216
217 This tutorial is written in a manual format with short exercises where
218 appropriate, typically at the end of each section. The first few sections concerns the
219 basic operation of Jalview and should be sufficient for those who want to
220 launch Jalview (Section \ref{startingjv}), open an alignment (Section
221 \ref{loadingseqs}), perform basic editing (Section
222 \ref{selectingandediting}), colouring (Section \ref{colours}), and produce
223 publication and presentation quality graphical output (Section \ref{layoutandoutput}).
224
225 The remaining sections of the manual cover the visualization and
226 analysis techniques available in Jalview. These include working
227 with the embedded Jmol molecular structure viewer (or UCSF Chimera), building
228 and viewing trees and Principal Components Analysis (PCA) plots, and using
229 trees for sequence conservation analysis. An overview of
230 the Jalview Desktop's webservices is given in Section \ref{jvwebservices}, and
231 the alignment and secondary structure prediction services are described
232 in detail in Sections \ref{msaservices} and \ref{protsspredservices}
233 respectively.
234 Section \ref{featannot} details the creation and visualization of sequence and alignment annotation. Section \ref{workingwithnuc} discusses
235 specific features of use when working with nucleic acid sequences, such as translation and linking to protein
236 coding regions, and the display and analysis of RNA secondary structure.
237
238 %^Chapter \ref{jalviewadvanced} The third chapter covers the detail^ of Jalview and is aimed at the user who is
239 %already familiar with Jalview operation but wants to get more out of their
240 %Jalview experience.
241
242 \subsubsection{Typographic Conventions}
243
244 Keystrokes using the special non-symbol keys are represented in the tutorial by
245 enclosing the pressed keys with square brackets ({\em e.g.} [RETURN] or [CTRL]).
246
247 Keystroke combinations are denoted with a `-' symbol ({\em
248 e.g.} [CTRL]-C means press [CTRL] and the `C' key simultaneously).
249
250 Menu options are given as a path from the menu
251 that contains them - for example {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment
252 $\Rightarrow$ From URL} means to select the `From URL' option from the `Input
253 Alignment' submenu of a window's `File' dropdown menu.
254
255 \section{Launching the Jalview Desktop Application}
256 \label{startingjv}
257 \begin{figure}[htbp]
258 \begin{center}
259 \includegraphics[width=4.5in]{images/download.pdf}
260 \caption{\bf Download page on the Jalview web site at www.jalview.org.}
261 \label{download}
262 \end{center}
263 \end{figure}
264
265 This tutorial is based on the Jalview
266 Desktop application. Much of the information will also be useful for users of
267 the JalviewLite applet, which has the same core editing, analysis and visualization capabilities (see the
268 \href{http://www.jalview.org/examples/applets.html}{JalviewLite Applet Examples}
269 page for examples). The Jalview Desktop, however, is much more powerful, and
270 includes additional support for interaction with external web services, and
271 production of publication quality graphics.
272
273 The Jalview Desktop can be run in two ways; as an application launched from the
274 web {\sl via} Java webstart, or as an application loaded onto your hard drive. 
275 The webstart version is launched from the pink `Launch Jalview Desktop
276 button' at the top right hand side of pages of the website 
277 \href{http://www.jalview.org}{(www.jalview.org)}.
278 To download the locally installable version, follow the links on the download
279 page
280 \href{http://www.jalview.org/download}{(www.jalview.org/download) }
281  (Figure \ref{download}).
282 These links will launch the latest stable release of Jalview.\par
283
284 %% this paragraph needs to be rewritten for the new signed certificate from Certum.
285
286 When the application is launched with webstart, two dialogs may appear before
287 the application starts. If your browser is not set up to handle webstart, then
288 clicking the launch link may download a file that needs to be opened
289 manually, or prompt you to select the program to handle the webstart
290 file. If that is the case, then you will need to locate the {\bf javaws} program
291 on your system\footnote{The file that is downloaded will have a type of {\bf
292 application/x-java-jnlp-file} or {\bf .jnlp}. The {\bf javaws} program that can run
293 this file is usually found in the {\bf bin} directory of your Java
294 installation}. Once java webstart has been launched, you may also be prompted to
295 accept a security certificate signed by the Barton Group.\footnote{On some
296 systems, the certificate may be signed by 'UNKNOWN'. In this case, clicking
297 through the dialogs to look at the detailed information about the certificate
298 should reveal it to be a Barton group certificate.} You can always trust us, so
299 click trust or accept as appropriate. The splash screen (Figure \ref{splash})
300 gives information about the version and build date that you are running,
301 information about later versions (if available), and the paper to cite in your
302 publications. This information is also available on the Jalview web site at 
303 \url{http://www.jalview.org}.
304
305 %[fig 2] 
306 \begin{figure}[htbp]
307
308 \begin{center}
309 \includegraphics[width=4.5in]{images/splash.pdf}
310 \caption{{\bf Jalview splash screen.}}
311 \label{splash}
312 \end{center}
313 \end{figure}
314
315 When Jalview starts it will automatically load an example alignment from the
316 Jalview site. This behaviour can be switched off in the Jalview Desktop
317 preferences dialog  by unchecking the open file option.
318 This alignment will look like the one in Figure \ref{startpage} (taken
319 from Jalview version 2.10.1).
320
321 %[figure 3 ]
322 \begin{figure}[htbp]
323 \begin{center}
324 \includegraphics[width=4in]{images/start.pdf}
325 \caption{{\bf Default startup for Jalview.}}
326 \label{startpage}
327 \end{center}
328 \end{figure}
329
330
331 \subsubsection{Jalview News RSS Feed}
332
333 Announcements are made available to users of the
334 Jalview Desktop {\sl via} the Jalview Newsreader. This window will open
335 automatically when new news is available, and can also be accessed {\sl via} the
336 Desktop's {\sl Tools $\Rightarrow$ Show Jalview News} menu entry. 
337
338 \begin{figure}[htbp]
339 \begin{center}
340 \includegraphics[height=3in]{images/jvrssnews.pdf}
341 \caption{{\bf The Jalview News Reader.} The newsreader opens automatically
342 when new articles are available from the Jalview Desktop's news channel.}
343 \label{jalviewrssnews}
344 \end{center}
345 \end{figure}
346
347
348 \exercise{Launching Jalview from the Jalview Website}{
349 \label{start}
350 \exstep{Open the Jalview web site
351 \href{http://www.jalview.org}{(www.jalview.org)}
352 in your web browser. Launch Jalview by clicking on the
353 pink `Launch Jalview' Desktop button in the top right hand corner. This
354 will download and open a jalview.jnlp webstart file.}
355 \exstep {Dialog boxes
356 will open and ask if you want to open the jalview.jnlp file as the file is an application downloaded from the
357 Internet, click {\sl Open}. (Note you may be asked to update Java, if you agree
358 then it will automatically update the Java software). As Jalview opens, four demo
359 Jalview windows automatically load.}
360 \exstep {If
361 you are having trouble, it may help changing the browser you are using, as the browsers and
362 its version may affect this process.}
363 \exstep{To deactivate the opening of the 4 demo sequences during the launch, go
364 to the {\sl Tools $\Rightarrow$
365 Preferences...} menu on the desktop. A `Preference'
366 dialog box opens, untick the box adjacent to the `Open file' entry in the
367 `Visual' preferences tab.
368 Click {\sl OK} to save the preferences.}
369 \exstep{Launch another Jalview workbench from the web site by clicking on the
370 pink Launch button.
371 The example alignment should not be loaded as Jalview starts up.}
372 \exstep{To reload the original demo file select the
373 {\em File$\Rightarrow$ From URL} entry in the Desktop menu. Click on
374 the URL history button (a downward arrow on the right hand side of the dialog
375 box) to view the files, select exampleFile\_2\_7.jar, then click {\sl OK}.}
376 {\bf Note:} Should you want to load your own
377 sequence during the launch process, then go
378 to the {\sl Tools $\Rightarrow$
379 Preferences...} menu on the desktop. The tick the `Open file' entry of `Visual'
380 preferences tab, type in the URL of the sequence you want to load.
381
382
383 As the jalview.jnlp file launches Jalview on your desktop, you
384 may want to move this from the downloads folder to another folder.
385 Opening from the jnlp file will allow Jalview to be launched offline.
386
387 {\bf See the video at:
388 \url{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}.}
389  }
390
391 \subsection{Getting Help}
392 \label{gettinghelp}
393 \subsubsection{Built in Documentation}
394 Jalview has comprehensive on-line help documentation. Select  {\sl Help
395 $\Rightarrow$ Documentation} from the main window menu and a new window will
396 open (Figure \ref{help}). The appropriate topic can then be selected from the
397 navigation panel on the left hand side. To search for a specific topic, click
398 the `search' tab and enter keywords in the box which appears.
399
400
401 \begin{figure}[htbp]
402 \begin{center}
403 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=2.75in]{images/help1.pdf}}}
404 \parbox[c]{4in}{\includegraphics[width=4in]{images/help2.pdf}}
405 \caption{{\bf Accessing the built in Jalview documentation.}}
406 \label{help}
407 \end{center}
408 \end{figure}
409
410 \subsubsection{Email Lists}
411
412 The Jalview Discussion list {\tt jalview-discuss@jalview.org} provides a forum
413 for Jalview users and developers to raise problems and exchange ideas - any
414 problems, bugs, and requests for help should be raised here. The {\tt
415 jalview-announce@jalview.org} list can also be subscribed to if you wish to be
416 kept informed of new releases and developments. 
417
418 Archives and mailing list
419 subscription details can be found in the Jalview web site's \href{http://www.jalview.org/community}{community section}.
420
421
422 \section{Navigation}
423 \label{jvnavigation}
424 The major features of the Jalview Desktop are illustrated in Figure \ref{anatomy}. The alignment window is the primary window for editing and visualization, and can contain several independent views of the alignment being worked with. The other windows (Trees, Structures, PCA plots, etc) are linked to a specific alignment view. Each area of the alignment window has a separate context menu accessed by clicking the right mouse button.  
425
426  Jalview has two navigation and editing modes: {\bf normal mode}, where
427  editing and navigation is performed using the mouse, and {\bf cursor mode}
428  where editing and navigation are performed using the keyboard. The {\bf F2 key}
429  is used to switch between these two modes. 
430  
431  {\em Note:} On MacBooks and other laptops with compact keyboards, you may need
432  to press the {\bf function key [Fn]} when pressing any of the numbered function
433  keys. So to toggle between keyboard and normal mode, press [Fn]-[F2].
434  
435
436 \begin{figure}[htb]
437 \begin{center}
438 \includegraphics[width=6.5in]{images/jalview_anatomy.pdf}
439 \caption{{\bf The anatomy of Jalview.} The major features of the Jalview Desktop Application are labeled.}
440 % TODO: modify text labels to be clearer - black on grey and black border for clarity
441 \label{anatomy}
442 \end{center}
443 \end{figure}
444
445 \subsection{Navigation in Normal Mode}
446
447 Jalview always starts up in Normal mode, where the mouse is used to interact
448 with the displayed alignment view. You can move about the alignment by clicking
449 and dragging the ruler scroll bar to move horizontally, or by clicking and
450 dragging the alignment scroll bar to the right of the alignment to move
451 vertically.  If all the rows or columns in the alignment are displayed, the
452 scroll bars will not be visible.
453
454  Each alignment view shown in the alignment window presents a window onto the
455  visible regions of the alignment. This means that with anything more than a few
456  residues or sequences, alignments can become difficult to visualize on the
457  screen because only a small area can be shown at a time. It can help,
458  especially when examining a large alignment, to have an overview of the whole
459  alignment. Select {\sl View $\Rightarrow$ Overview Window} from the Alignment
460  window menu bar (Figure \ref{overview}\footnote{the menu shown in this figure
461  is from Jalview 2.2, later versions have more options.}).
462 % (Figure4)
463 \begin{figure}[htbp]
464 \begin{center}
465 \includegraphics[width=4.5in]{images/overview.pdf}
466 \caption{{\bf Alignment Overview Window.} The overview window for a view is opened from the {\em View} menu.}
467 \label{overview}
468 \end{center}
469 \end{figure}
470
471 The red box in the overview window shows the current view in the alignment
472 window. A percent identity histogram is plotted below the alignment overview.
473 Shaded parts indicate rows and columns of the alignment that are hidden (in this
474 case, a single row at the bottom of the alignment - see Section
475 \ref{hidingregions}). You can navigate around the alignment by dragging the red
476 box. 
477
478 %Try this now and see how the view in the alignment window changes.
479
480 \parbox[c]{3in}{Alignment and analysis windows are closed by clicking on the
481 usual `close' icon (indicated by arrows on Mac OS X). If you want to close all
482 the alignments and analysis windows at once, then use the {\sl Window
483 $\Rightarrow$ Close All} option from the Jalview desktop.
484
485 {\bf \em{Warning: Make sure you have saved your work because this cannot be
486 undone!}} }
487 \parbox[c]{3in}{\centerline{\includegraphics[width=2.5in]{images/start_closeall.pdf}
488 }}
489
490 \subsection{Navigation in Cursor Mode}
491 \label{cursormode}
492 \parbox[c]{5in}{Cursor mode navigation enables the user to quickly
493 and precisely navigate, select and edit parts of an alignment. On pressing F2 to
494 enter cursor mode the position of the cursor is indicated by a black background
495 and white text. The cursor can be placed using the mouse or moved by pressing
496 the arrow keys ($\uparrow$, $\downarrow$, $\leftarrow$, $\rightarrow$).
497 }\parbox[c]{1.25in}{\centerline{\includegraphics[width=0.8in]{images/cursor1.pdf}}}
498
499 Rapid movement to specific positions is accomplished as listed below:
500 \begin{list}{$\circ$}{}
501 \item {\bf Jump to Sequence {\sl n}:} Type a number {\sl n} then press [S] to
502 move to sequence (row) {\sl n}.
503 \item {\bf Jump to Column {\sl n}:} Type a number {\sl n} then press [C] to move to column {\sl n} in the alignment.  
504 \item {\bf Jump to Residue {\sl n}:} Type a number {\sl n} then press [P] to move to residue number {\sl n} in the current sequence.  
505 \item {\bf Jump to  column {\sl m} row {\sl n}:} Type the column number {\sl m}, a comma, the row number {\sl n} and press [RETURN]. 
506 \end{list}
507 \subsection{The Find Dialog Box}
508 \label{searchfunction}
509 A further option for navigation is to use the {\sl Select $\Rightarrow$
510 Find\ldots} function. This opens a dialog box into which can be entered regular
511 expressions for searching sequences and sequence IDs, or sequence numbers.
512 Hitting the [Find next] button will highlight the first (or next) occurrence of
513 that pattern in the sequence ID panel or the alignment, and will adjust the view
514 in order to display the highlighted region. The Jalview Help provides
515 comprehensive documentation for this function, and a quick guide to the regular
516 expressions that can be used with it.
517 %TODO insert a figure for the Find dialog box
518
519 \exercise{Navigation}{
520 Jalview has two navigation and editing modes: {\bf normal} mode (where editing
521 and navigation are via the mouse) and the {\bf cursor} mode (where editing and
522 navigation are via the keyboard).
523 The {\bf F2 key} is used to switch between these two modes. With a Mac, the key
524 combination {\bf Fn key and F2} is needed, as button is
525 often assigned to screen brightness. Jalview always starts up in normal mode.
526
527 \exstep{Load an example alignment from its URL
528 (\url{http://www.jalview.org/examples/exampleFile_2_7.jar}) via the Desktop
529 using {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} dialog
530 box.
531 (The URL should be stored in its history and clicking on the {\sl down arrow}
532 on the dialog box is an easy way to access it.)}
533 \exstep{Scroll around the alignment using the alignment (vertical) and ruler (horizontal) scroll bars.}
534 \exstep{Find the Overview Window, {\sl Views
535 $\Rightarrow$ Overview Window} and open it. Move around the
536 alignment by clicking and dragging the red box in the overview window.}
537 \exstep{Return to the alignment window, look at the status bar (lower left
538 hand corner of the alignment window) as you move the mouse over the alignment. It indicates information about the
539 sequence and residue under the cursor.}
540 \exstep{Press [F2] key, or [Fn]-[F2] on Mac, to enter Cursor mode. Use
541 the direction keys to move the cursor around the alignment.}
542 \exstep{Move to sequence 7 by pressing {\bf 7 S}. Move to column 18 by pressing
543 {\bf 1 8 C}. Move to residue 18 by pressing {\bf 1 8 P}. Note that these can be
544 two different positions if gaps are inserted into the sequence. Move to sequence 5,
545 column 13 by typing {\bf 1 3 , 5} [RETURN].}
546
547 {\bf Note:} To view Jalview's comprehensive on-line help documentations select
548 {\sl Help} in desktop menu, clicking on {\sl Documentation} will open a
549 Documentation window. Select topic from the navigation panel on the left hand side or use the
550 Search tab to select specific key words.
551
552 {\sl\bf See the video at: 
553 \url{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}.}
554 }
555
556 \section{Loading Sequences and Alignments}
557 \label{loadingseqs}
558 %Jalview provides many ways to load your own sequences. %For this section of the
559 % tutorial you will need to download the file http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa to a suitable location on your hard drive.
560 \subsection{Drag and Drop}
561         In most operating systems you can just drag a file icon from a file browser
562         window and drop it on an open Jalview application window. The file will then be opened as a new alignment window. %You can try this with the tutorial file you have downloaded. When you have opened the file, close it again by selecting the close control on the window. If you drop an alignment file onto an open alignment window it will be appended.
563         Drag and drop also works when loading data from a URL -
564 simply drag the link or url from the address panel of your browser on to an
565 alignment or the Jalview desktop background and Jalview will load data from the
566 URL directly.
567 %  (Figure \ref{drag})
568 % %[fig 5]
569 % \begin{figure}[htbp]
570 % \begin{center}
571 % \includegraphics[width=2in]{images/drag2.pdf}
572 % \includegraphics[width=2in]{images/drag3.pdf}
573 % \caption{{\bf An alignment can be opened by dragging the file onto the Jalview window. }}
574 % \label{drag}
575 % \end{center}
576 % \end{figure}
577
578 % %\includegraphics[width=2in]{images/drag1.pdf}
579
580
581 \subsection{From a File}
582 Jalview can read sequence alignments from a sequence alignment file. This is a
583 text file, {\bf not} a word processor document. For entering sequences from a
584 wordprocessor document see Cut and Paste  (Section \ref{cutpaste}) below. Select
585 {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From File} from the main
586 menu (Figure \ref{loadfile}). You will then get a file selection window where
587 you can choose the file to open. Remember to select the appropriate file type.
588 Jalview can automatically identify some sequence file formats.
589
590 %[fig 6]
591 \begin{figure}[htbp]
592 \begin{center}
593 \includegraphics[width=2in]{images/loadfilebox.pdf}
594 %\includegraphics[width=2in]{images/loadfilebox2.pdf}
595 \includegraphics[width=3in]{images/loadfileboxdrop.pdf}
596 \caption{{\bf Opening an alignment from a file saved on disk. }}
597 \label{loadfile}
598 \end{center}
599 \end{figure}
600
601 \subsection{From a URL}
602 Jalview can read sequence alignments directly from a URL. Please note that the
603 files must be in a sequence alignment format - an HTML alignment or graphics
604 file cannot be read by Jalview.
605 Select {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} from the
606 main menu and a window will appear asking you to enter the URL (Figure
607 \ref{loadurl}). Jalview will attempt to automatically discover the file format.
608
609 %[fig 7]
610 \begin{figure}[htbp]
611 \begin{center}
612 \includegraphics[width=2in]{images/menuloadurl.pdf}
613 \includegraphics[width=3in]{images/loadurlbox.pdf}
614 \caption{{\bf Opening an alignment from a URL. }}
615 \label{loadurl}
616 \end{center}
617 \end{figure}
618
619 \subsection{Cut and Paste}
620 \label{cutpaste}
621 Documents such as those produced by Microsoft Word cannot be readily understood
622 by Jalview. The way to read sequences from these documents is to select the
623 data from the document and copy it to the clipboard. There are two ways to
624 do this. One is to right-click on the desktop background, and select the
625 `Paste to new window' option in the menu that appears. The other is to select
626 {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From Textbox} from the
627 main menu, paste the sequences into the text window that will appear, and select
628 {\sl New Window} (Figure \ref{loadtext}). In both cases, presuming that they are
629 in the right format, Jalview will happily read them into a new alignment window.
630 %[fig 8]
631
632 \begin{figure}[htbp]
633 \begin{center}
634 \includegraphics[width=2in]{images/menuloadtext.pdf}
635 \includegraphics[width=3in]{images/loadtextbox.pdf}
636 \caption{{\bf Opening an alignment from pasted text. }}
637 \label{loadtext}
638 \end{center}
639 \end{figure}
640
641
642 \subsection{From a Public Database}
643 \label{fetchseq}
644 Jalview can retrieve sequences and sequence alignments from the public databases
645 housed at the European Bioinformatics Institute, including Uniprot, Pfam, Rfam
646 and the PDB. Jalview's sequence fetching capabilities allow you to avoid having to
647 manually locate and save sequences from a web page before loading them into
648 Jalview. It also allows Jalview to gather additional metadata provided by the
649 source, such as annotation and database cross-references.
650 Select {\sl File $\Rightarrow$ Fetch Sequence(s) \ldots} from the main menu and
651 a window will appear (Figure \ref{loadseq}). Pressing the database selection
652 button in the dialog box opens a new window showing all the database sources
653 Jalview can access (grouped by the type of database). Once you've selected the
654 appropriate database, hit OK close the database selection window, and then enter
655 one or several database IDs or accession numbers separated by a semicolon and
656 press OK. Jalview will then attempt to retrieve them from the chosen database.
657 Example queries are provided for some databases to test that a source is
658 operational, and can also be used as a guide for the type of accession numbers
659 understood by the source.
660 % [fig 9]
661 \begin{figure}[htbp]
662 \begin{center}
663 \includegraphics[width=5in]{images/fetchseq.pdf}
664 \caption{{\bf Retrieving sequences from a public database.}}
665 \label{loadseq}
666 \end{center}
667 \end{figure}
668  
669 \subsection{Memory Limits}
670 \label{memorylimits}
671 Jalview is a Java program. One unfortunate implication of this is that Jalview
672 cannot dynamically request additional memory from the operating system. It is
673 important, therefore, that you ensure that you have allocated enough memory to
674 work with your data. On most occasions, Jalview will warn you when you have
675 tried to load an alignment that is too big to fit in to memory (for instance,
676 some of the PFAM alignments are {\bf very} large). You can find out how much
677 memory is available to Jalview with the desktop window's {\sl $\Rightarrow$
678 Tools $\Rightarrow$ Show Memory Usage} function, which enables the display of
679 the currently available memory at the bottom left hand side of the Desktop
680 window's background. Should you need to increase the amount of memory available
681 to Jalview, full instructions are given in the built in documentation (opened by
682 selecting {\sl Help $\Rightarrow$ Documentation}) and on the JVM memory
683 parameters page (\url{http://www.jalview.org/jvmmemoryparams.html}).
684
685 \exercise{Loading Sequences}{
686 \label{load}
687 \exstep{Use {\sl Window $\Rightarrow$ Close All} from the Desktop window menu to
688 close all windows.}
689 \exstep{{\bf Loading sequences from URL:} Selecting File {\sl $\Rightarrow$
690 Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} from the Desktop and enter \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa} in the box.
691
692 Click {\sl OK} to load the alignment.}
693 \exstep{{\bf Loading sequences from a file:} Close all windows using the
694 {\sl Window $\Rightarrow$ Close All} menu option from the Desktop.
695 Then type the same URL (\url{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}) into
696 your web browser and save the file to your desktop.
697 Open the file you have just saved in Jalview by selecting {\sl File
698 $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From File} from the desktop menu and
699 selecting this file.
700 Click {\sl OK} to load.}
701 \exstep{{\bf Loading sequences by `Drag and Drop' / `Cut and Paste':}
702
703 (i) Select {\sl Desktop $\Rightarrow$ Window
704 $\Rightarrow$ Close All}. Then drag the alignment.fa file from the desktop and
705 drop it onto the Jalview window, the alignment should open.
706
707 (ii) Test the differences
708 between (a) dragging the sequence onto the Jalview desktop  and (b)
709 dragging the sequence onto an existing alignment window.
710
711 (iii) Open \url{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa} in a
712 web browser. Drag the URL directly from browser onto Jalview desktop. (If
713 the URL is downloaded, then locate the file in your
714 download directory and open it in a text editor.)}
715
716 \exstep{{\bf The text editor:} (i) Open the alignment.fa file using text editor.
717 Copy the sequence text from the file into the clipboard and paste it into the desktop
718 background by right-clicking and selecting the {\sl Paste to New Window} menu
719 option.
720
721 (ii) In the text editor, copy the sequence text from
722 alignment.fa  into the clipboard (usually {\sl via} the browser's {\sl Edit
723 $\Rightarrow$ Copy} menu option). 
724
725 (iii) In the Desktop menu, select {\sl File
726 $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From Textbox}.
727 Paste the clipboard into the large window using the {\sl Edit $\Rightarrow$
728 Paste} text box menu option. Click {\sl New Window} and the alignment will be
729 loaded.}
730
731 \exstep{{\bf Loading sequences from Public Database:} (i) Select {\sl File
732 $\Rightarrow$ Fetch Sequence(s)...} from the Desktop. The {\sl Select Database
733 Retrieval Source} dialog will open showing all the database sources. Select the
734 {\bf PFAM seed} database and click {\sl OK}.
735
736 (ii)Once a source has been selected, the {\sl New
737 Sequence Fetcher} window will open. Enter the accession number {\bf PF03460}
738 and click {\sl OK}.
739 An alignment of about 174 sequences should load.}
740 \exstep{These can be viewed using the Overview window accessible from {\sl View
741 $\Rightarrow$ Overview Window.}
742 Several database IDs can be loaded by using semicolons to separate them.}
743 {\bf See the video at:
744 \url{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}} }
745
746 \section{Saving Sequences and Alignments}
747 \label{savingalignments} 
748 \subsection{Saving Alignments} Jalview allows alignments to be saved to file
749 in a variety of formats so they can be restored at a later date, passed to
750 colleagues or analysed in other programs. From the alignment window menu select {\sl File $\Rightarrow$ Save As} and a dialog box
751 will appear (Figure \ref{savealign}). You can navigate to an appropriate
752 directory in which to save the alignment. Jalview will remember the last filename
753 and format used to save (or load) the alignment, enabling you to quickly save
754 the file during or after editing by using the {\sl File $\Rightarrow$ Save}
755 entry. The {\sl File $\Rightarrow$ Output To Textbox} menu option allows the alignment to be copied and pasted into
756 other documents or web servers.
757
758 Jalview offers several different formats in which an alignment can be saved.
759 Of these, only the jalview project format (.jar or .jvp) will preserve the colours, groupings and other additional information in the alignment. The other formats
760 produce text files containing just the sequences with no visualization information, although some
761 allow limited annotation and sequence features to be stored (e.g. AMSA).
762 Unfortunately, as far as we are aware only Jalview can read Jalview
763 project files.
764
765 %[fig 10]
766 \begin{figure}[htbp]
767 \begin{center}
768 \parbox[c]{1.0in}{
769 \includegraphics[width=1.0in]{images/saveas.pdf}
770 }
771 \parbox[c]{4in}{
772 \includegraphics[width=4in]{images/saveas2.pdf}
773 }
774 \caption{{\bf Saving alignments in Jalview to disk.}}
775 \label{savealign}
776 \end{center}
777 \end{figure}
778
779 \subsection{Jalview Projects}
780 \parbox[c]{4in}{If you wish to save a complete Jalview session rather than
781 just a single alignment (e.g. because you have calculated trees or multiple
782 different alignments) then save your work as a Jalview Project
783 file (.jvp).\footnote{Tip: Ensure that you have allocated plenty of memory to
784 Jalview when working with large alignments in Jalview projects. See Section 
785 \ref{memorylimits} for how to do this.}
786 From the main menu select {\sl File $\Rightarrow$ Save Project} and a file save
787 dialog box will appear. Loading a project will restore Jalview to exactly the
788 view at which the file was saved, complete with all alignments, trees,
789 annotation and displayed structures rendered appropriately.
790 } \parbox[c]{2in}{ \centerline {
791 \includegraphics[width=1.5in]{images/saveproj.pdf} }}
792
793 \exercise{Saving Alignments}{
794 \label{save}
795 \exstep{Launch Jalview afresh, or use {\sl Desktop $\Rightarrow$ Window
796 $\Rightarrow$ Close all }.}
797 \exstep{Load the ferredoxin
798 alignment ({\bf PF03460}) from {\bf PFAM (seed)} (see Exercise
799 \ref{load}).
800 } \exstep{
801
802 Select {\sl File $\Rightarrow$ Save As} from the alignment window menu. Choose a
803 location into which to save the alignment and select your preferred format. All
804 formats except {\sl  Jalview } jvp can be viewed in a normal text editor (e.g.
805 Notepad) or in a web browser.
806 Enter a file name and click {\sl Save}.}
807 \exstep{Check this file by closing all windows and opening it with Jalview, or by
808 browsing to it with your web browser.}
809 \exstep{Repeat the previous steps saving the files in different file formats.}
810 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Output to Textbox $\Rightarrow$ FASTA}.
811 Select and copy this alignment to the clipboard using the textbox menu options
812 {\sl Edit $\Rightarrow$ Select All} followed by {\sl Edit $\Rightarrow$ Copy}.
813 The alignment can then be pasted into any application of choice, e.g. a word processor or web form.
814 }
815 \exstep{Ensure at least one alignment window is active in Jalview. Open the
816 overview window {\sl View $\Rightarrow$ Overview Window}
817  and scroll red box to any part of the alignment.
818 Select {\sl File
819 $\Rightarrow$ Save Project} from the main menu and save the project in a
820 suitable folder.}
821
822 \exstep{Close all windows and then load the project {\sl via} the {\sl File
823 $\Rightarrow$ Load Project} menu option. Observe how all the windows and
824 positions are exactly as they were when they were saved. } 
825 {\bf See the video at: \url{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}.}
826 }
827
828
829 \chapter{Selecting and Editing Sequences }
830 \label{jalviewediting}
831
832 \label{selectingandediting} 
833 Jalview makes extensive use of selections - most of the commands available from
834 its menus operate on the {\sl currently selected region} of the alignment, either to
835 change their appearance or perform some kind of analysis. This section
836 illustrates how to make and use selections and groups.
837
838 \section{Selecting Parts of an Alignment}
839 Selections can be of arbitrary regions in an alignment, one or more complete columns, or one or 
840 more complete sequences.
841 A selected region can be copied and pasted as a new alignment 
842 using the {\sl Edit $\Rightarrow$ Copy} and {\sl Edit $\Rightarrow$ Paste $\Rightarrow$ To New 
843 Alignment}  in the alignment window menu options.
844 {\bf To clear (unselect)  the selection press the [ESC] (escape) key.}
845
846 \subsection{Selecting Arbitrary Regions}
847 To select part of an alignment, place the mouse at the top left corner of the region you wish to select. Press and hold the mouse button and drag the mouse to the bottom right corner of the chosen region then release the mouse button. 
848 A dashed red box appears around the selected region (Figure \ref{select}). 
849 %[fig 12]
850
851 \begin{figure}[htbp]
852 \begin{center}
853 \includegraphics[width=4in]{images/select1.pdf}
854 \caption{{\bf Selecting a region in an alignment.}}
855 \label{select}
856 \end{center}
857 \end{figure}
858
859 \subsection{Selecting Columns}
860 To select the same residues in all sequences, click and drag along the alignment ruler.
861 This selects the entire column of the alignment. Ranges of positions from the
862 alignment ruler can also be selected by clicking on the first position and then
863 holding down the [SHIFT] key whilst clicking the other end of the selection.
864 Discontinuous regions can be selected by holding down [CTRL] and clicking on
865 positions to add to the column selection. Note that each [CTRL]-Click (PC) or
866 [CMD]-Click (Mac) changes the current selected sequence region to that column,
867 but adds to the column selection.
868 Selected columns are indicated by red highlighting in the ruler bar (Figure \ref{selectcols}).
869 %[fig 13]
870
871 \begin{figure}[htbp]
872 \begin{center}
873 \includegraphics[width=4in]{images/select2.pdf}
874 \caption{{\bf Selecting multiple columns in an alignment.} The red highlighting
875 on the alignment ruler marks the selected columns. Note that only the most
876 recently selected column has a dashed-box around it to indicate a region
877 selection. }
878 \label{selectcols}
879 \end{center}
880 \end{figure}
881
882 \subsection{Selecting Sequences}
883
884 \begin{figure}[htb]
885 \begin{center}
886 \includegraphics[width=4in]{images/select3.pdf}
887 \caption{{\bf Selecting multiple sequences in an alignment.} Use [CTRL] or [SHIFT] to select many sequences at once.}
888 \label{selectrows}
889 \end{center}
890 \end{figure}
891
892 To select multiple complete sequences, click and drag the mouse down the
893 sequence ID panel. The same techniques as used for columns (above) can be used
894 with [SHIFT]-Click for continuous and [CTRL]-Click to select discontinuous
895 ranges of sequences (Figure \ref{selectrows}).
896 %[fig 14]
897
898 \subsection{Making Selections in Cursor Mode}
899
900 To define a selection in cursor mode (which is enabled by pressing [F2] when the alignment window is selected),
901 navigate to the top left corner of the proposed selection (using the mouse, the arrow keys, or the keystroke
902 commands described in Section \ref{cursormode}). Pressing the [Q] key marks this as the
903 corner. A red outline appears around the cursor (Figure \ref{cselect}).
904
905 Navigate to the bottom right corner of the proposed selection and press the [M] key. This marks the bottom right corner of the selection. The selection can then be treated in the same way as if it had been created in normal mode.
906
907 \begin{figure}[htbp]
908 \begin{center}
909 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel1.pdf}
910 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel2.pdf}
911 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel3.pdf}
912 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel4.pdf}
913 \caption{{\bf Making a selection in cursor mode.} Navigate to the top left
914 corner (left), press [Q], navigate to the bottom right corner and press [M] (right).}
915 \label{cselect}
916 \end{center}
917 \end{figure}
918
919 \begin{figure}
920 \begin{center}
921 \includegraphics[width=3in]{images/group1.pdf}
922 \includegraphics[width=1.5in]{images/newgroup.pdf}
923 \caption{{\bf Creating a new group from a selection.}}
924 \label{makegroup}
925 \end{center}
926 \end{figure}
927
928 \subsection{Inverting the Current Selection}
929 The current sequence or column selection can be inverted, using  {\sl Select
930 $\Rightarrow$ Invert Sequence/Column Selection} in the alignment window.
931 Inverting the selection is useful when selecting large regions in an alignment, 
932 simply select the region that is to be kept unselected, and then invert the selection.
933 This may also be useful when hiding large regions in an alignment (see Section \ref{hidingregions} 
934 below).
935 Instead of selecting the columns and rows that are to be hidden, simply select the 
936 region that is to be kept
937 visible, invert the selection, then select {\sl View $\Rightarrow$ Hide
938 $\Rightarrow$ Selected Region}.
939
940 \section{Creating Groups}
941 Selections are lost as soon as a different region is selected. Groups can be
942 created which are labeled regions of the alignment. To create a group, first
943 select the region which is to comprise the group. Then click the right mouse
944 button on the selection to bring up a context menu. Select {\sl Selection
945 $\Rightarrow$ Group $\Rightarrow$ Edit name and description of
946 current group}\footnote{In earlier versions of Jalview, this entry was variously
947 `Group', `Edit Group Name', or `JGroupXXXXX' (Where XXXXX was some serial
948 number).} then enter a name for the group in the dialog box which appears.
949
950 By default the new group will have a box drawn around it. The appearance of the group can be changed (see Section \ref{colours} below). This group will stay defined even when the selection is removed.
951
952 \exercise{Making Selections and Groups}{
953 \label{exselect}
954 \exstep{Close windows.
955
956 Load the ferredoxin alignment ({\bf PF03460} from {\bf PFAM (seed)}).
957 }
958 \exstep{Selecting an arbitrary region. Choose a residue and place the mouse
959 cursor on it (residue information will show in alignment window status
960 bar).
961 Click and drag the mouse to the bottom-right to create a selection. As you drag,
962 a red box will `rubber band' out to 
963 show the extent of the selection.
964 Release the mouse
965 button and a red box borders the selected region.
966 Press [ESC] to clear this.}
967 \exstep{ Select one sequence by clicking on
968 the sequence ID panel. Note that the sequence ID takes on a highlighted
969 background and a red box appears around the selected sequence. 
970 Hold down [SHIFT] and click another sequence ID a few positions above or below. 
971 Note how the selection expands to include all the sequences between the two positions on which you clicked.
972 Hold down [CTRL] and then click on several sequences' IDs - both selected and
973 unselected. Note how unselected IDs are individually added to the selection and previously selected IDs are 
974 individually deselected.}
975 \exstep{ Select columns by clicking on the Alignment Ruler. Note
976 that the selected column is marked with a red box.
977 Hold down [SHIFT] and click a column beyond. Note the selection expands to
978 include all the sequences between the two positions on which you clicked.}
979
980 \exstep{Enter Cursor mode using [F2], or [Fn]-F2 for Macs.
981 Navigate to column 59, row 1 by pressing {\bf 5 9 , 1 [RETURN]}.
982 Press {\bf Q} to mark this position.
983 Navigate to column 65, row 8 by pressing {\bf 6 5 , 8 [RETURN]}. Press {\bf M}
984 to complete the selection. Note to clear the selection press the [ESC]
985 key.}
986 \exstep{To create a group from the selected the region, click the
987 right mouse button when mouse is on the selection, this opens a
988 context menu in the alignment window.
989
990 Open the {\sl Selection $\Rightarrow$ Edit New Group $\Rightarrow$ Group Colour
991 } menu and select {\sl Percentage Identity}.
992 This will turn the selected region into a group and colour it accordingly.}
993 \exstep{Hold down [CTRL] and use the mouse to select and deselect sequences in
994 the alignment by clicking on their Sequence ID label. Note how the group expands
995 to include newly selected sequences, and the Percentage Identity colouring changes. }
996 \exstep{ Another way to resize the group is by using the mouse to click and drag
997 the right-hand edge of the selected group.}
998
999 \exstep{The current selection can be exported and saved by right clicking the
1000 mouse when on the text area to open the Sequence ID context menu. Follow the
1001 menus and pick an output format (eg BLC) from the {\sl Selection $\Rightarrow$ Output to Textbox
1002 \ldots} submenu.
1003 }
1004 \exstep{In the Alignment output window that opens, try manually editing the
1005 alignment before clicking the {\sl New Window} button. This opens the
1006 edited alignment in a new alignment window.} {\bf See the video at:
1007 \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
1008 % more? change colouring style. set border colour.
1009 }
1010
1011 \section{Exporting the Current Selection}
1012 The current selection can be copied to the clipboard (in PFAM format). It can
1013 also be output to a textbox using the output functions in the pop-up menu
1014 obtained by right clicking the current selection. The textbox enables quick
1015 manual editing of the alignment prior to importing it into a new window (using
1016 the {\sl New Window} button) or saving to a file with the {\sl File
1017 $\Rightarrow$ Save As } pulldown menu option from the text box.
1018
1019 \section{Reordering an Alignment}
1020 Sequence reordering is simple. Highlight the sequences to be moved then press the up or down arrow keys as appropriate (Figure \ref{reorder}). If you wish to move a sequence up past several other sequences it is often quicker to select the group past which you want to move it and then move the group rather than the individual sequence.
1021
1022 \begin{figure}[htbp]
1023 \begin{center}
1024 \includegraphics[width=3in]{images/move1.pdf}
1025 \includegraphics[width=3in]{images/move2.pdf}
1026 \caption{{\bf Reordering the alignment.} The selected sequence moves up one
1027 position on pressing the $\uparrow$ key.}
1028 \label{reorder}
1029 \end{center}
1030 \end{figure}
1031
1032 \exercise{Reordering the Alignment}{
1033 \exstep{Close windows.
1034
1035 Load the ferredoxin alignment ({\bf PF03460} from {\bf PFAM (seed)}).
1036 }
1037 \exstep{Select one of the sequence in the sequence ID panel, use the up and down
1038 arrow keys to alter the sequence's position in the alignment. (Note that
1039 this will not work in cursor mode)}
1040 \exstep{To select and move multiple
1041 sequences, use hold [SHIFT], and select two sequences separated by
1042 one or more un-selected sequences, repeat using the [CTRL] key. Note how
1043 multiple sequences are grouped together when they are re-ordered using the up and down arrow keys.}
1044 {\bf See the video at: \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
1045 }
1046
1047
1048 \section{Hiding Regions}
1049 \label{hidingregions}
1050 It is sometimes convenient to exclude some sequences or residues in the alignment without actually deleting them. Jalview allows sequences or alignment columns within a view to be hidden, and this facility has been used to create the several different views in the example alignment file that is loaded when Jalview is first started (See Figure \ref{startpage}).
1051
1052 To hide a set of sequences, select them and right-click the mouse on the
1053 selected sequence IDs to bring up the context pop-up menu. Select {\sl Hide
1054 Sequences} and the sequences will be concealed, with a small blue triangle indicating their position (Figure \ref{hideseq}). To unhide (reveal) the sequences, right click on the triangle and select {\sl Reveal Sequences} from the context menu.
1055
1056
1057  \begin{figure}[htbp]
1058 \begin{center}
1059 \includegraphics[width=1.5in]{images/hide1.pdf}
1060 \includegraphics[width=2.5in]{images/hide2.pdf}
1061 \includegraphics[width=1.75in]{images/hide3.pdf}
1062 \caption{{\bf Hiding Sequences} Hidden sequences are represented by a small blue
1063 triangle in the sequence ID panel.}
1064 \label{hideseq}
1065 \end{center}
1066 \end{figure}
1067
1068 A similar mechanism applies to columns (Figure \ref{hidecol}). Selected columns
1069 (indicated by a red marker) can be hidden and revealed in the same way {\sl via}
1070 the context pop-up menu by right clicking on the ruler bar. The hidden column
1071 selection is indicated by a small blue triangle in the ruler bar.
1072
1073  \begin{figure}[htbp]
1074 \begin{center}
1075 \includegraphics[width=2in]{images/hide4.pdf}
1076 \includegraphics[width=3in]{images/hide5.pdf}
1077 \includegraphics[width=1in]{images/hide6.pdf}
1078 \caption{{\bf Hiding Columns} Hidden columns are represented by a small blue
1079 triangle in the ruler bar.}
1080 \label{hidecol}
1081 \end{center}
1082 \end{figure}
1083
1084 It is often easier to select the region that you intend to work with, rather
1085 than the regions that you want to hide. In this case, select the required region and use the {\sl View $\Rightarrow$ Hide
1086 $\Rightarrow$ All but Selected Region } menu entry, or press [Shift]+[Ctrl]+H
1087 to hide the unselected region.
1088
1089 \subsection{Representing a Group with a Single Sequence}
1090
1091 Instead of hiding a group completely, it is sometimes useful to work with just one representative sequence. The {\sl $<$Sequence ID$>$ $\Rightarrow$ Represent group with $<$Sequence ID$>$ } option from the sequence ID pop-up menu enables this variant of the hidden groups function. The remaining representative sequence can be visualized and manipulated like any other. However, any alignment edits that affect the sequence will also affect the whole sequence group. 
1092
1093 \exercise{Hiding and Revealing Regions}{
1094 \exstep{Close windows.
1095
1096 Load the ferredoxin alignment ({\bf PF03460} from {\bf PFAM (seed)}).
1097 }
1098 \exstep{Select a contiguous set of sequences by clicking and dragging on the sequence ID panel.
1099 Right click on the selected sequence IDs to bring up the sequence ID context
1100 menu, select {\sl Hide Sequences}.
1101 }
1102 \exstep{
1103 Right click on the blue triangle indicating hidden sequences and select {\sl
1104 Reveal Sequences} in the panel. (If you have hidden all sequences then you will
1105 need to use the alignment window menu option {\sl View $\Rightarrow$ Show $\Rightarrow$ 
1106 All Sequences.}) }
1107 \exstep{
1108 Repeat the process but use a non-contiguous set of sequences. Note that when
1109 multiple regions are hidden you can select either {\sl
1110 Reveal Sequences} to reveal the hidden sequences that were clicked, or {\sl
1111 Reveal All}.
1112 }
1113 \exstep{Repeat the above using columns to hide and reveal columns
1114 instead of sequences.}
1115 \exstep{Select a region of the alignment, and experiment with the {\sl Hide all
1116 but selected region} option in {\sl View $\Rightarrow$ Hide $\Rightarrow$ All
1117 but selected region.}} \exstep{Select some sequences, pick one to represent the rest by hovering
1118 the mouse over this sequence. Bring up the Sequence ID context menu by right
1119 clicking and select {\sl (Sequence ID name) $\Rightarrow$ Represent group
1120 with (Sequence ID name )}. To reveal these hidden sequences, right click on the
1121 Sequence ID and in the context menu select {\sl Reveal All}.}
1122 {\bf See the video at:  \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
1123 }
1124
1125
1126 \begin{figure}[htb]
1127 \begin{center}
1128 \includegraphics[width=3in]{images/edit1.pdf}
1129 \includegraphics[width=3in]{images/edit2.pdf}
1130 \caption{{\bf Introducing gaps in a single sequence.} Gaps are introduced as the
1131 selected sequence is dragged to the right while pressing and holding [SHIFT].}
1132 \label{gapseq}
1133 \end{center}
1134 \end{figure}
1135
1136 \begin{figure}[htb]
1137 \begin{center}
1138 \includegraphics[width=3in]{images/edit3.pdf}
1139 \includegraphics[width=3in]{images/edit4.pdf}
1140 \caption{{\bf Introducing gaps in a group.} Gaps are introduced as the selected
1141 group is dragged to the right with [CTRL] pressed.}
1142 \label{gapgroup}
1143 \end{center}
1144 \end{figure}
1145
1146 \section{Introducing and Removing Gaps}
1147 The alignment view provides an interactive editing interface, allowing gaps to be inserted or deleted to the left of any position in a sequence or sequence group. Alignment editing can only be performed whilst in keyboard editing mode (entered by pressing [F2]) or by clicking and dragging residues with the mouse when [SHIFT] or [CTRL] is held down (which differs from earlier versions of Jalview).
1148
1149
1150 \subsection{Undoing Edits}
1151 Alignment edits can be undone {\sl via} the {\sl Edit $\Rightarrow$ Undo Edit}
1152 alignment window menu option, or CTRL-Z. An edit, if undone, may be re-applied
1153 with {\sl Edit $\Rightarrow$ Redo Edit}, or CTRL-Y. Note, however, that the
1154 {\sl Undo} function only works for edits to the alignment or sequence ordering.
1155 Colouring of the alignment, showing and hiding of sequences or modification of
1156 annotation that only affect the alignment's display cannot
1157 be undone.
1158
1159 \subsection{Locked Editing}
1160 \label{lockededits}
1161 The Jalview alignment editing model is different to that used in other alignment
1162 editors. Because edits are restricted to the insertion and deletion of gaps to the left of a particular sequence position, 
1163 editing has the effect of shifting the rest of the sequence(s) being edited down or up-stream with respect to the rest of 
1164 alignment. The {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps} option can be enabled to eliminate `ragged edges' at the end of the alignment, 
1165 but does not avoid the `knock-on' effect which is sometimes undesirable. 
1166 However, its effect can be limited by performing the edit within a selected region. 
1167 In this case, gaps will only be removed or inserted within the selected region. 
1168 Edits are similarly constrained when they occur adjacent to a hidden column.
1169
1170 \subsection{Introducing Gaps in a Single Sequence}
1171 To introduce a gap, first select the sequence in the sequence ID panel and
1172 then place the cursor on the residue to the immediate right of where the gap
1173 should appear. Hold down the SHIFT key and the left mouse button, then drag the sequence to the right until the required number of gaps has been inserted.
1174
1175 One common error is to forget to hold down [SHIFT]. This results in a selection which is one sequence high and one residue long. Gaps cannot be inserted in such a selection. The selection can be cleared and editing enabled by pressing the [ESC] key.
1176
1177 \subsection{Introducing Gaps in all Sequences of a Group}
1178 To insert gaps in all sequences in a selection or group, select the
1179 required sequences in the sequence ID panel and then place the mouse cursor on
1180 any residue in the selection or group to the immediate right of the position in which a gap should appear. Hold down the CTRL key and the left mouse button, then drag the sequences to the right until the required number of gaps has appeared.
1181
1182 Gaps can be removed by dragging the residue to the immediate right of the gap
1183 leftwards whilst holding down [SHIFT] (for single sequences) or [CTRL] (for a group of sequences).
1184
1185 \newpage
1186
1187 \exercise{Editing Alignments}
1188   %\label{mousealedit}
1189 % TODO: VERIFY FOR 2.6.1 and 2.7 - NUMBERING/INSTRUCTIONS APPEAR OFF
1190 {You are going to manually reconstruct part of the example Jalview
1191 alignment available at
1192  \href{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}
1193  {http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}.
1194
1195 {\sl {\bf Mac Users:} Please use the Apple or [CMD] key in place of [CTRL]
1196 for key combinations such as [CTRL]-A. }
1197
1198 Remember to use [CTRL]-Z to undo an edit, or the {\sl File $\Rightarrow$
1199  Reload } function to revert the alignment back to the original version if you
1200  want to start again.
1201
1202 \exstep{ Load the URL
1203 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa} which contains part of the
1204 ferredoxin alignment from PF03460.}
1205
1206 \exstep{ Select the first 7 sequences, and press H to hide them (or right click
1207 on the sequence IDs to open the sequence ID context menu, and select {\sl Hide
1208 Sequences}).}
1209
1210 \exstep{ Select FER3\_RAPSA and FER\_BRANA. Slide the sequences to
1211 the right so the initial residue A lies at column 57 using the $\Rightarrow$
1212 key.}
1213
1214 \exstep{ Select FER1\_SPIOL, FER1\_ARATH, FER2\_ARATH, Q93Z60\_ARATH and
1215 O80429\_MAIZE
1216
1217 {\sl Hint: you can do this by pressing [CTRL]-I to invert the sequence selection and then
1218 deselect FER1\_MAIZE), and use the $\Rightarrow$ key to slide them to so they
1219 begin at column 5 of the alignment view.}} 
1220
1221 \exstep{ Select all the visible
1222 sequences (those not hidden) in the block by pressing [CTRL]-A.
1223 Insert a single
1224 gap in all selected sequences at column 38 of the alignment by holding [CTRL]
1225 and clicking on the R at column 38 in the FER1\_SPIOL, then drag one
1226 column to right.
1227 Insert another gap at column 47 in all sequences in the same way.}
1228
1229 \exstep{ Correct the ferredoxin domain alignment for FER1\_SPIOL by
1230 inserting two additional gaps after the gap at column 47. First press [ESC] to
1231 clear the selection, then hold [SHIFT] and click and drag on the G and move it
1232 two columns to the right.}
1233
1234 \exstep{ Now complete the
1235 alignment of FER1\_SPIOL with a locked edit by pressing [ESC] and select
1236 columns 47 to 57 of the FER1\_SPIOL row. Move the mouse onto the G at column 50,
1237 hold [SHIFT] and drag the G in column 47 of FER1\_SPIOL to the left by one
1238 column to insert a gap at column 57.}
1239
1240 \exstep{ In the next two steps you will complete the alignment of the last two 
1241 sequences.
1242
1243 Select the last two sequences (FER1\_MAIZE and O80429\_MAIZE), then press [SHIFT]
1244 and click and drag the initial methionine of O80429\_MAIZE 5 columns to the right
1245 so it lies at column 10.
1246
1247 Keep holding [SHIFT] and click and drag to insert
1248 another gap at the proline at column 25 (25C in cursor mode). Remove the gap at
1249 column 44, and insert 4 gaps at column 47 (after AAPM).}
1250
1251 \exstep{ Hold [SHIFT] and drag the I at column 39 of FER1\_MAIZE 2 columns to the
1252 right. Remove the gap at FER1\_MAIZE column 49 by [SHIFT]-click and drag left by
1253 one column. Press [ESC] to clear the selection, and then insert three gaps in
1254 FER1\_MAIZE at column 47 by holding [SHIFT] and click and drag the S in FER1\_MAIZE to the right by three columns. Finally,
1255 remove the gap in O80429\_MAIZE at column 56 using [SHIFT]-drag to the left on
1256 56C.}
1257
1258 \exstep{ Use the
1259 {\sl Edit $\Rightarrow$ Undo Edit} and {\sl Edit $\Rightarrow$ Redo Edit} menu
1260 option, or their keyboard shortcuts ([CTRL]-Z and [CTRL]-Y) to step 
1261 backwards and replay the edits you have made.}
1262 }
1263
1264 \subsection{Sliding Sequences}
1265 Pressing the [$\leftarrow$] or [$\rightarrow$] arrow keys when one or more
1266 sequences are selected will ``slide'' the entire selected sequences to the left
1267 or right (respectively). Slides occur regardless of the region selection -
1268 which, for example, allows you to easily reposition misaligned subfamilies
1269 within a larger alignment.
1270 % % better idea to introduce hiding sequences, and use the invert selection, hide
1271 % others, to simplify manual alignment construction
1272
1273 \subsection{Editing in Cursor mode}
1274 Gaps can be easily inserted when in cursor mode (toggled with [F2]) by
1275 pressing [SPACE]. Gaps will be inserted at the cursor, shifting the residue
1276 under the cursor to the right. To insert {\sl n} gaps type {\sl n} and then
1277 press [SPACE]. To insert gaps into all sequences of a group, use [CTRL]-[SPACE]
1278 or [SHIFT]-[SPACE] (both keys held down together).
1279
1280 Gaps can be removed in cursor mode by pressing [BACKSPACE]. First make sure you
1281 have everything unselected by pressing ESC. The gap under the cursor will be
1282 removed. To remove {\sl n} gaps, type {\sl n} and then press [BACKSPACE]. Gaps
1283 will be deleted up to the number specified. To delete gaps from all sequences of
1284 a group, press [CTRL]-[BACKSPACE] or [SHIFT]-[BACKSPACE] (both keys held down
1285 together). Note that the deletion will only occur if the gaps are in the same
1286 columns in all sequences in the selected group, and those columns are to the
1287 right of the selected residue.
1288
1289
1290 \exercise{Keyboard Edits}
1291 {This continues on from the previous exercise, and recreates the final part of the example ferredoxin
1292 alignment from the unaligned sequences using Jalview's keyboard editing mode.
1293
1294 {\bf Window users:} Please {\em only use} [SHIFT]-[SPACE] in this
1295 exercise.
1296
1297 {\bf Mac users:} [CTRL]-[SPACE] can also be used instead of [SHIFT]-[SPACE].
1298
1299 \exstep{Load the sequence alignment at
1300 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa}, or continue using the
1301 edited alignment.  If you continue from the
1302 previous exercise, first right click on the sequence ID panel and select
1303 {\sl Reveal All}. Enter cursor mode by pressing [F2].}
1304 % TODO: BACKSPACE or DELETE WHEN SEQS ARE SELECTED WILL DELETE ALL SEQS JAL-783
1305
1306 \exstep{Insert 58 gaps at the start of the sequence 1 (FER\_CAPAA). Press
1307 {\sl 58} then {\sl [SPACE]}. }
1308
1309 \exstep{Go down one sequence and select rows 2-5 as a block. Click on the second sequence ID (FER\_CAPAN).
1310  Hold down shift and click on the fifth (FER1\_PEA). }
1311
1312 \exstep{Insert 6 gaps at the start of this group. Go to column 1 row 2 by typing
1313 {\sl 1,2} then press {\sl [RETURN]}. Now insert 6 gaps in all the sequences.
1314 Type {\sl 6} then hold down {\sl [SHIFT]} and press {\sl [SPACE]}.}
1315 \exstep{Now insert one gap at column 34 and another at 38. Insert 3 gaps at 47.
1316 Press {\sl 34C} then {\sl [SHIFT]-[SPACE]}.  Press {\sl 38C} then
1317 [SHIFT]-[SPACE].
1318 Press {\sl 47C} then {\sl 3 [SHIFT-SPACE]} the first through fourth sequences
1319 are now aligned.}
1320 \exstep{The fifth sequence (FER1\_PEA) is poorly aligned. We will delete some gaps and add some new ones. Press {\sl [ESC]} to clear the selection. Navigate to the start of sequence 5 and delete 3 gaps. Press {\sl 1,5 [RETURN]} then {\sl 3 [BACKSPACE]} to delete three gaps. Go to column 31 and delete the gap. Press {\sl 31C [BACKSPACE]} .}
1321 \exstep{ Similarly delete the gap now at column 34, then insert two gaps at
1322 column 38.
1323 Press {\sl 34C [BACKSPACE]  38C 2 [SPACE]}. Delete three gaps at column 44 and
1324 insert one at column 47 by pressing {\sl 44C 3 [BACKSPACE] 47C [SPACE]}.  The top five sequences are 
1325 now aligned.}}
1326
1327 \chapter{Colouring Sequences and Figure Generation}
1328 \label{colouringfigures}
1329 \section{Colouring Sequences}
1330 \label{colours}
1331
1332 Colouring sequences is a key aspect of alignment presentation. Jalview allows
1333 you to colour the whole alignment, or just specific groups. Alignment and
1334 group colours are rendered
1335 {\sl below} any other colours, such as those arising from sequence features
1336 (these are described in Section \ref{featannot}). This means that if you
1337 try to apply one of the colourschemes described in this section, and nothing
1338 appears to happen, it may be that you have sequence feature annotation
1339 displayed, and you may have to disable it using the {\sl View $\Rightarrow$
1340 Show Features} option before you can see your colourscheme.
1341
1342 There are two main types of colouring styles: {\bf simple static residue}
1343 colourschemes and {\bf dynamic schemes} which use conservation and consensus
1344 analysis to control colouring. {\bf Hybrid colouring} is also possible, where
1345 static residue schemes are modified using a dynamic scheme. The individual schemes are described in Section \ref{colscheme} below.
1346
1347 \subsection{Colouring the Whole Alignment}
1348
1349 \parbox[c]{3.75in}{The alignment can be coloured {\sl via} the {\sl Colour} menu option in the alignment window. Selecting the colour scheme causes all residues to be coloured. The menu is divided into three sections. The first section gives options for the behaviour of the menu options, the second lists static and dynamic colourschemes available for selection. The last gives options for making hybrid colourschemes using conservation shading or colourscheme thresholding. 
1350
1351 }\parbox[c]{3in}{
1352 \centerline {
1353 \includegraphics[width=2.5in]{images/colour2.pdf}
1354 }
1355 }
1356
1357 \subsection{Colouring a Group or Selection}
1358
1359 Selections or groups can be coloured in two ways. The first is {\sl via} the Alignment Window's {\sl Colour} menu as stated above,
1360  after first ensuring that the {\sl Apply Colour To All Groups} flag is {\bf
1361  not} selected.
1362  This must be turned {\sl off} specifically as it is {\sl on} by default. 
1363  When unticked, selections from the Colours menu will only change the colour for residues in the current selection, 
1364  or the alignment view's ``background colourscheme'' when no selection exists.
1365
1366 The second method is to select sequences and right click mouse to open pop-up
1367 menu and select {\sl Selection $\Rightarrow$ Edit New Group $\Rightarrow$ Group
1368 Colour} from context menu options
1369 (Figure \ref{colgrp}). This only changes the colour of the current selection or group.
1370
1371 \begin{figure}[htbp]
1372 \begin{center}
1373 %TODO update group_col.pdf to show latest jalview group edit submenu
1374 \includegraphics[width=4in]{images/group_col.pdf}
1375 \caption{{\bf Colouring a group via the context menu.}}
1376 \label{colgrp}
1377 \end{center}
1378 \end{figure}
1379
1380 \subsection{Shading by Conservation}
1381 For many colour schemes, the intensity of the colour in a column can be scaled
1382 by the degree of amino acid property conservation. Selecting {\sl Colour
1383 $\Rightarrow$ By Conservation} enables this mode, and {\sl Modify
1384 Conservation Threshold...} brings up a selection box (the {\sl Conservation
1385 Colour Increment} dialog box) allowing the alignment colouring to be modified.
1386 Selecting a higher value limits colouring to more highly conserved columns (Figure \ref{colcons}).
1387
1388  \begin{figure}[htbp]
1389 \begin{center}
1390 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons1.pdf}
1391 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons3.pdf}
1392 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons5.pdf}
1393 \caption{{\bf Conservation Shading} The density of the ClustalX style residue colouring is controlled by the conservation threshold. The effect of 0\% (left), 50\% (center) and 100\% (right) thresholds are shown.
1394 }
1395 \label{colcons}
1396 \end{center}
1397 \end{figure}
1398
1399 \subsection{Thresholding by Percentage Identity}
1400
1401 `Thresholding' is another hybrid colour model where a residue is only coloured
1402 if it is not excluded by an applied threshold. Selecting {\sl Colour $\Rightarrow$ Above Identity Threshold} brings up a selection box with a slider controlling the minimum percentage identity threshold to be applied. Selecting a higher threshold (by sliding to the right) limits the colouring to columns with a higher percentage identity (as shown by the Consensus histogram in the annotation panel).
1403
1404 \subsection{Colouring by Annotation}
1405 \label{colourbyannotation}
1406 \parbox[c]{3.2in}{
1407 Any of the {\bf quantitative} annotations shown on an alignment can be used to
1408 threshold or shade the whole alignment.\footnote{Please remember to turn off
1409 Sequence Feature display to see the shading} 
1410
1411 The {\sl Colour $\Rightarrow$ By
1412 Annotation} option opens a dialog which allows you to select which annotation
1413 to use, the minimum and maximum shading colours or whether the original
1414 colouring should be thresholded (the `Use original colours' option).
1415
1416 Default settings for minimum and maximum colours can be set in the Jalview
1417 Desktop's preferences.  
1418 }\parbox[c]{3in}{
1419 \centerline{\includegraphics[width=2.8in]{images/col_byannot.pdf}}}
1420
1421 The {\bf per Sequence} option in the {\bf Colour By Annotation} dialog
1422 allows each sequence to be shaded according to sequence associated annotation
1423 rows, such as protein disorder scores. This functionality is described further
1424 in Section \ref{protdisorderpred}.
1425
1426 \subsection{Colour Schemes} 
1427
1428 \label{colscheme}
1429 Full details on each colour scheme can be found in the Jalview on-line help. A brief description of each one is provided below:
1430
1431 \subsubsection{ClustalX}
1432
1433
1434  \parbox[c]{3.5in}{This is an emulation of the default colourscheme used for alignments in ClustalX, a graphical interface for the ClustalW multiple sequence alignment program. Each residue in the alignment is assigned a colour if the amino acid profile of the alignment at that position meets some minimum criteria specific for the residue type. }
1435 \parbox[c]{3in}{\includegraphics[width=2.75in]{images/col_clustalx.pdf}}
1436
1437 \subsubsection{Blosum62}
1438
1439 \parbox[c]{3.5in}{Gaps are coloured white. If a residue matches the consensus sequence residue at that position it is coloured dark blue. If it does not match the consensus residue but the Blosum62 matrix gives a positive score, it is coloured light blue.}
1440 \parbox[c]{3in}{
1441 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_blosum62.pdf}
1442 }
1443
1444 \subsubsection{Percentage Identity}
1445 \parbox[c]{3.5in}{
1446 The Percent Identity option colours the residues (boxes and/or text) according to the percentage of the residues in each column that agree with the consensus sequence. Only the residues that agree with the consensus residue for each column are coloured.
1447 }
1448 \parbox[c]{3in}{
1449 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_percent.pdf}
1450 }
1451
1452 \subsubsection{Zappo}
1453 \parbox[c]{3.5in}{
1454 The residues are coloured according to their physicochemical properties. The physicochemical groupings are Aliphatic/hydrophobic, Aromatic, Positive, Negative, Hydrophillic, conformationally special, and Cyst(e)ine.
1455 }
1456 \parbox[c]{3in}{
1457 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_zappo.pdf}
1458 }
1459
1460 \subsubsection{Taylor}
1461
1462 \parbox[c]{3.5in}{
1463 This colour scheme was devised by Willie Taylor and an entertaining description of its origin can be found in Protein Engineering, 
1464 Vol 10 , 743-746 (1997).
1465 }
1466 \parbox[c]{3in}{
1467 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_taylor.pdf}
1468 }
1469
1470 \subsubsection{Hydrophobicity}
1471 \parbox[c]{3.5in}{
1472 Residues are coloured according to the hydrophobicity table of Kyte, J., and Doolittle, R.F., J. Mol. Biol. 1157, 105-132, 1982. The most hydrophobic residues are coloured red and the most hydrophilic ones are coloured blue.
1473 }
1474 \parbox[c]{3in}{
1475 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_hydro.pdf}
1476 }
1477
1478 \subsubsection{Helix Propensity}
1479
1480 \parbox[c]{3.5in}{
1481 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\footnote{\label{chou-fasman}Chou, PY and Fasman, GD. Annu Rev Biochem. 1978;47:251-76.} helix propensity. The highest propensity is magenta, the lowest is green.
1482 }
1483 \parbox[c]{3in}{
1484 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_helix.pdf}
1485 }
1486
1487 \subsubsection{Strand Propensity}
1488
1489 \parbox[c]{3.5in}{
1490 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} Strand propensity. The highest propensity is Yellow, the lowest is blue.
1491 }
1492 \parbox[c]{3in}{
1493 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_strand.pdf}
1494 }
1495
1496
1497
1498 \subsubsection{Turn Propensity}
1499 \parbox[c]{3.5in}{
1500 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} turn propensity. The highest propensity is red, the lowest is cyan.
1501 }
1502 \parbox[c]{3in}{
1503 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_turn.pdf}
1504 }
1505
1506 \subsubsection{Buried Index}
1507 \parbox[c]{3.5in}{
1508 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} burial propensity. The highest propensity is blue, the lowest is green.
1509 }
1510 \parbox[c]{3in}{
1511 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_buried.pdf}
1512 }
1513  
1514
1515 \subsubsection{Nucleotide}
1516 \parbox[c]{3.5in}{ Residues are coloured with four colours corresponding to the
1517 four nucleotide bases. All non ACTG residues are uncoloured. See Section
1518 \ref{workingwithnuc} for further information about working with nucleic acid
1519 sequences and alignments.
1520 } \parbox[c]{3in}{ \includegraphics[width=2.75in]{images/col_nuc.pdf} }
1521
1522 \subsubsection{Purine Pyrimidine}
1523 \parbox[c]{3.5in}{ Residues are coloured according to whether the corresponding
1524 nucleotide bases are purine (magenta) or pyrimidine (cyan) based. All non ACTG
1525 residues are uncoloured. For further information about working with nucleic acid
1526 sequences and alignments, see Section \ref{workingwithnuc}.
1527 %and Section \ref{workingwithrna}
1528
1529 } \parbox[c]{3in}{ \includegraphics[width=2.75in]{images/col_purpyr.pdf} }
1530
1531 \subsubsection{RNA Helix Colouring}
1532 \parbox[c]{3.5in}{ Columns are coloured according to their assigned RNA helix as
1533 defined by a secondary structure annotation line on the alignment. Colours for
1534 each helix are randomly assigned, and option only available when an RNA
1535 secondary structure row is present on the alignment. 
1536 % For more details see Section \ref{workingwithrna} 
1537 } \parbox[c]{3in}{
1538 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_rnahelix.pdf} }
1539
1540 \subsubsection{User Defined}
1541 This dialog allows the user to create any number of named colour schemes at
1542 will. Any residue may be assigned any colour. The colour scheme can then be
1543 named. If you save the colour scheme, this name will appear on the Colour menu
1544 (Figure \ref{usercol}).
1545
1546
1547 \begin{figure}[htbp]
1548 \begin{center}
1549 \includegraphics[width=2.5in]{images/col_user1.pdf}
1550 \includegraphics[width=2in]{images/col_user2.pdf}
1551 \includegraphics[width=1.75in]{images/col_user3.pdf}
1552 \caption{{\bf Creation of a user defined colour scheme.} Residue types are assigned colours (left). The profile is saved (center) and can then be accessed {\sl via} the {\sl Colour} menu (right).}
1553 \label{usercol}
1554 \end{center}
1555 \end{figure}
1556
1557 \exercise{Colouring Alignments}{
1558 \label{color}
1559 Note: Before you begin this exercise, ensure that the {\sl Apply Colour
1560 To All Groups} flag is not selected in {\sl Colour} menu in the alignment window.
1561 % patch needed for 2.10 This must be turned {\sl off} specifically as it is on
1562 % by default.
1563
1564 \exstep{Open a sequence alignment, for example the PFAM domain PF03460 in PFAM
1565 seed database. Select the alignment menu option {\sl Colour $\Rightarrow$
1566 ClustalX} and note the colour change. Now try all the other colour schemes in the {\sl Colour} menu. 
1567 Note that some colour schemes do not colour all residues.}
1568 \exstep{Colour the alignment using {\sl Colour  $\Rightarrow$ Blosum62}. Select a group
1569 of around 4 similar sequences. Use the context menu (right click on the group)
1570 option {\sl Selection $\Rightarrow$ Edit New Group $\Rightarrow$ Group Colour
1571 $\Rightarrow$ Blosum62} to colour the selection. Notice how some residues which
1572 were not coloured are now coloured. The calculations performed for dynamic
1573 colouring schemes like Blosum62 are based on the selected group,
1574 not the whole alignment (this also explains the colouring changes observed in exercise
1575 \ref{exselect} during the group selection step).}
1576 \exstep{Keeping the same selection as before, colour the complete alignment except
1577 the group using {\sl Colour  $\Rightarrow$ Taylor}.
1578 Select the menu option  {\sl Colour  $\Rightarrow$ By Conservation}. 
1579 Slide the selector in the Conservation Colour Increment dialog box from side
1580 to side and observe the changes in the alignment colouring in the selection and in the complete alignment.}
1581 Note: Feature colours overlay residue colouring. The features colours can be
1582 toggled off by going to {\sl View  $\Rightarrow$ Show Sequence Features}.
1583
1584 {\bf See the video at: \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
1585 }
1586
1587
1588 \exercise{User Defined Colour Schemes}{
1589 \exstep{Load a sequence alignment. Select the alignment menu option {\sl Colour $\Rightarrow$ User Defined}. A dialog window will open.}
1590 \exstep{Click on an amino acid button, then select a colour for that amino acid. Repeat till all amino acids are coloured to your liking.}
1591 \exstep{ Insert a name for the colourscheme in the appropriate field and click {\sl Save Scheme}. You will be prompted for a file name in which to save the colour scheme. The dialog window can now be closed.}
1592 \exstep{The new colour scheme appears in the list of colour schemes in the {\sl Colour} menu and can be selected in future Jalview sessions.
1593
1594 {\bf See the video at:
1595 \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}} }
1596
1597 \section{Formatting and Graphics Output}
1598 \label{layoutandoutput}
1599 Jalview is a WYSIWIG alignment editor. This means that for most kinds of graphics output, 
1600 the layout that is seen on screen will be the same as what is outputted in an
1601 exported graphics file.
1602 It is therefore important to pick the right kind of display layout prior to generating figures. 
1603
1604 \subsection{Multiple Alignment Views}
1605
1606 Jalview is able to create multiple independent visualizations of the same underlying alignment - these are called {\sl Views}. Because each view displays the same underlying data, any edits performed in one view will update the alignment or annotation visible in all views.
1607
1608 \parbox[c]{4in}{Alignment views are created using the {\sl View $\Rightarrow$ New View} option of the alignment window or by Pressing [CTRL]-T. This will create a new view with the same groups, alignment layout and display options as the current one. Pressing G will gather together Views as named tabs on the alignment window, and pressing X will expand gathered Views so they can be viewed simultaneously in their own separate windows. To delete a group, press [CTRL]-W.}\parbox[c]{2.75in}{
1609 \begin{center}\centerline{
1610 \includegraphics[width=2.5in]{images/mulv_tabs.pdf}}
1611 \end{center}
1612 }
1613
1614 % JBPNote make an excercise on views ?
1615
1616 \subsection{Alignment Layout}
1617 Jalview provides two screen layout modes, unwrapped (the default) where the alignment is in one long line across the window, and wrapped, where the alignment is on multiple lines, each the width of the window. Most layout options are controlled by the Format menu option in the alignment window, and control the overall look of the alignment in the view (rather than just a selected region).
1618
1619 \subsubsection{Wrapped Alignments}
1620 Wrapped alignments can be toggled on and off using the {\sl Format $\Rightarrow$ Wrap} menu option (Figure \ref{wrap}). Note that the annotation lines are also wrapped. Wrapped alignments are great for publications and presentations but are of limited use when working with large numbers of sequences. 
1621
1622 If annotations are not all visible in wrapped mode, expand the alignment window to view them. Note that alignment annotation (see Section \ref{featannot}) cannot be interactively created or edited in wrapped mode, and selection of large regions is difficult. 
1623 \begin{figure}[htbp]
1624 \begin{center}
1625 \parbox[c]{2in}{\includegraphics[width=2in]{images/wrap1.pdf}}
1626 \parbox[c]{4in}{\includegraphics[width=4in]{images/wrap2.pdf}}
1627 \caption{{\bf Wrapping the alignment.}}
1628 \label{wrap}
1629 \end{center}
1630 \end{figure}
1631
1632
1633 \subsubsection{Fonts}
1634
1635 \parbox[c]{4in}{The text appearance in a view can be modified {\sl via} the {\sl Format $\Rightarrow$ Font\ldots} alignment window menu. This setting applies for all alignment and annotation text except for that displayed in tool-tips. Additionally, font size and spacing can be adjusted rapidly by clicking the middle mouse button and dragging across the alignment window.}
1636 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=1.75in]{images/font.pdf}}}
1637
1638 \subsubsection{Numbering and Label Justification}
1639 Options in the {\sl Format} menu are provided to control the alignment view, and provide a range of options to control the display of sequence and alignment numbering, the justification of sequence IDs and annotation row column labels on the annotation rows shown below the alignment.
1640
1641 \subsubsection{Alignment and Group Colouring and Appearance}
1642 The display of hidden row/column markers and gap characters can be turned off with {\sl Format $\Rightarrow$ Hidden Markers} and {\sl Format $\Rightarrow$ Show Gaps}, respectively. The {\sl Text} and {\sl Colour Text} option controls the display of sequence text and the application of alignment and group colouring to it. {\sl Boxes } controls the display of the background area behind each residue that is coloured by the applied coloursheme.  
1643
1644 \subsubsection{Highlighting Nonconserved Symbols}
1645 The alignment layout and group sub-menu both contain an option to hide
1646 conserved symbols from the alignment display ({\sl Format $\Rightarrow$ Show
1647 nonconserved } in the alignment window or {\sl Selection $\Rightarrow$ Group
1648 $\Rightarrow$ Show Nonconserved} by right clicking on a group). This mode is useful when working with
1649 alignments that exhibit a high degree of homology, because Jalview will only
1650 display gaps or sequence symbols that differ from the consensus for each
1651 column, and render all others with a `.'.
1652 %TODO add a graphic to illustrate this.
1653 \subsection{Annotation Ordering and Display}
1654 % TODO: describe consensus, conservation, quality user preferences, and group
1655 % annotation preferences.
1656 The annotation lines which appear below the sequence alignment are described in
1657 detail in Section \ref{featannot}. They can be hidden by toggling the {\sl View
1658 $\Rightarrow$ Show Annotations} menu option. Additionally, each annotation line
1659 can be hidden and revealed in the same way as sequences {\sl via} the
1660 pop-up context menu on the annotation name panel (Figure \ref{annot}).
1661 Annotations can be reordered by dragging the annotation line label on the annotation label panel. Placing the
1662 mouse over the top annotation label brings up a resize icon on the left. When this is
1663 displayed, Click-dragging up and down provides more space in the alignment window for viewing the annotations, and less space for the sequence alignment.
1664
1665 \begin{figure}
1666 \begin{center}
1667 \includegraphics[width=2.5in]{images/annot1.pdf}
1668 \includegraphics[width=2.5in]{images/annot2.pdf}
1669 \caption{{\bf Hiding Annotations} Annotations can either be hidden from the {\sl
1670 View} menu (left) or individually from the context menu (right).}
1671 \label{annot}
1672 \end{center}
1673 \end{figure}
1674
1675 \exercise{Alignment Layout}{
1676 \label{exscreen}
1677 \exstep{Start Jalview and open the URL \textsf{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}. 
1678 Select {\sl Format $\Rightarrow$ Wrap} from the alignment window menu. 
1679 Experiment with the various options from the {\sl Format} menu, for example adjust the ruler placement, 
1680 sequence ID format and so on. }
1681 \exstep{Hide all the annotation rows by toggling {\sl Annotations $\Rightarrow$
1682 Show Annotations} from the alignment window menu. Reveal the annotations by selecting the same menu option.} \exstep{Deselect {\sl Format $\Rightarrow$ Wrap}. Right click on the
1683 annotation row labels to bring up the context menu, then select {\sl
1684 Hide This Row}. Bring up the context menu again and select {\sl
1685 Show All Hidden Rows} to reveal them.}
1686 \exstep{Annotations can be reordered by clicking and dragging the row to the desired position. Click on the {\sl Consensus} row and drag it upwards to just 
1687 above {\sl Quality}. The rows should now be reordered. Features and annotations are covered in more detail in Section \ref{featannot}.}
1688 \exstep{Move the mouse to the top left hand corner of the annotation labels - 
1689 a grey up/down arrow symbol should appear - when this is shown, the height of the {\sl Annotation Area} can be changed 
1690 by clicking and dragging this icon up or down.}
1691 }
1692
1693 \subsection{Graphical Output}
1694 \label{figuregen}
1695 \parbox[c]{4in}{Jalview allows alignments figures to be exported in three different formats, each of which is suited to a particular purpose. Image export is {\sl via} the {\sl File $\Rightarrow$ Export Image $\Rightarrow$ \ldots } alignment window menu option. }
1696 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=1.25in]{images/image.pdf}}}
1697
1698 \subsubsection{HTML}
1699
1700 \parbox[c]{3in}{HTML is the format used by web pages. Jalview outputs the alignment as an HTML table with all the colours and fonts as seen. Any additional annotation will also be embedded as sensitive areas on the page, such as URL links for each sequence's ID label. This file can then be viewed directly with any web browser. Each residue is placed in an individual table cell. Unwrapped alignments will produce a very wide page.}
1701 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_html.pdf}}}
1702
1703 \subsubsection{EPS}
1704 \parbox[c]{3in}{EPS is Encapsulated Postscript. {\bf It is the format of choice
1705 for publications and posters} as it gives the highest quality output of any of
1706 the image types. It can be scaled to any size, so will still look good on an A0
1707 poster.
1708 This format can be read by most good presentation and graphics packages such as Adobe Illustrator or Inkscape.
1709 }
1710 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_eps.pdf}} \par \centerline{Zoom Detail of EPS image.}}
1711
1712 \subsubsection{PNG}
1713 \parbox[c]{3in}{
1714 PNG is Portable Network Graphics. This output option produces an image that can be easily included in web pages and incorporated in presentations using e.g. Powerpoint or Open Office. It is a bitmap image so does not scale and is unsuitable for use on posters, or in publications.
1715
1716 For submission of alignment figures to journals, please use EPS\footnote{If the journal complains, {\em insist}.}.
1717 }
1718 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_png.pdf}} \par \centerline{Zoom Detail of PNG image.}}
1719
1720  \exercise{Graphical Output}{
1721 \exstep{Load the example Jalview Jar file in Exercise \ref{exscreen}. 
1722 Customise it how you wish but leave it unwrapped. 
1723 Select {\sl File $\Rightarrow$ Export Image $\Rightarrow$ HTML} from the alignment menu. 
1724 Save the file and open it in your favoured web browser.  }
1725 \exstep{Wrap the alignment and export the image to HTML again. Compare the two
1726 images. (Note that the exported image matches the format displayed in the
1727 alignment window but {\bf annotations are not exported}).}
1728 \exstep{Export the alignment using the {\sl File $\Rightarrow$ Export Image $\Rightarrow$ PNG} menu option. 
1729 Open the file in an image viewer that allows zooming such as Paint or Photoshop (Windows), or Preview (Mac OS X) and zoom in. 
1730 Notice that the image is a bitmap and it becomes pixelated when zoomed. 
1731 (Note that the {\bf annotation lines are included} in the image.)}
1732 \exstep{Export the alignment using the {\sl File $\Rightarrow$ Export Image
1733 $\Rightarrow$ EPS} menu option. Open the file in a suitable program such as
1734 Photoshop, Illustrator, Inkscape, Ghostview, Powerpoint (Windows), or
1735 Preview (Mac OS X). Zoom in and note that the image has near-infinite
1736 resolution.} 
1737 }
1738
1739 % left out for Glasgow 2016
1740 % \newpage
1741
1742 % \section{Summary - the rest of the manual}
1743
1744 % The first few chapters have covered the basics of Jalview operation: from
1745 % starting the program, importing, exporting, selecting, editing and colouring
1746 % aligments, to the generation of figures for publication, presentation and web
1747 % pages.
1748
1749 % The remaining chapters in the manual cover:
1750
1751 % \begin{list}{$\circ$}{}
1752 % \item{Chapter \ref{featannot} covers the creation, manipulation and visualisation
1753 % of sequence and alignment annotation, and retrieval of sequence and feature data
1754 % from databases.}
1755 % \item {Chapter \ref{msaservices} explores the range of multiple alignment
1756 % programs offered via Jalview's web services, and introduces the use of
1757 % AACon for protein multiple alignment conservation analysis.}
1758 % \item {Chapter \ref{alignanalysis} introduces Jalview's built in tools for
1759 % multiple sequence alignment analysis, including trees, PCA, and alignment
1760 % conservation analysis. }
1761 % \item {Chapter \ref{3Dstructure} demonstrates the structure visualization
1762 % capabilities of Jalview.}
1763 % \item {Chapter \ref{proteinprediction} introduces protein sequence based
1764 % secondary structure and disorder prediction tools, including JPred.}
1765 % \item {Chapter \ref{dnarna} covers the special functions and
1766 % visualization techniques for working with RNA alignments and protein coding
1767 % sequences.}
1768 % \item {Chapter \ref{jvwebservices} provides instructions on the
1769 % installation of your own Jalview web services.}
1770 % \end{list}
1771
1772 \chapter{Annotation and Features}
1773 \label{featannot}
1774 Annotations and features are additional information that is
1775 overlaid on the sequences and the alignment.
1776 Generally speaking, annotations reflect properties of the alignment as a
1777 whole, often associated
1778 with columns in the alignment. Features are often associated with specific
1779 residues in the sequence.
1780
1781 Annotations are shown below the alignment in the annotation panel, the
1782 properties are often based on the alignment.
1783 Conversely, sequence features are properties of the individual sequences, so they do not change with the alignment, 
1784 but are shown mapped on to specific residues within the alignment. 
1785
1786 Features and annotation can be interactively created, or retrieved from external
1787 data sources. Webservices like JPred (see \ref{jpred} above) can be used to
1788 analyse a given sequence or alignment and generate annotation for it.
1789
1790
1791 \section{Conservation, Quality and Consensus Annotation}
1792 \label{annotationintro}
1793 Jalview automatically calculates several quantitative alignment annotations
1794 which are displayed as histograms below the multiple sequence alignment columns. 
1795 Conservation, quality and consensus scores are examples of dynamic
1796 annotation, so as the alignment changes, they change along with it.
1797 The scores can be used in the hybrid colouring options to shade the alignments. 
1798 Mousing over a conservation histogram reveals a tooltip with more information.
1799
1800 These annotations can be hidden and deleted via the context menu linked to the
1801 annotation row; but they are only created on loading an alignment. If they are
1802 deleted then the alignment should be saved and then reloaded to restore them.
1803 Jalview provides a toggle to autocalculate a consensus sequence upon editing. This is normally selected by default, but can be turned off for
1804 large alignments {\sl via} the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Autocalculate
1805 Consensus} menu option if the interface is too slow.
1806
1807 \subsubsection{Conservation Annotation}
1808
1809 Alignment conservation annotation is quantitative numerical index reflecting the
1810 conservation of the physico-chemical properties for each column of the alignment. 
1811 The calculation is based on AMAS method of multiple sequence alignment analysis (Livingstone C.D. and Barton G.J. (1993) CABIOS Vol. 9 No. 6 p745-756), 
1812 with identities scoring highest, and amino acids with substitutions in the same physico-chemical class have next highest score. 
1813 The score for each column is shown below the histogram. 
1814 The conserved columns with a score of 11 are indicated by '*'.
1815 Columns with a score of 10 have mutations but all properties are conserved are marked with a '+'.
1816
1817 \subsubsection{Consensus Annotation}
1818
1819 Alignment consensus annotation reflects the percentage of the different residue
1820 per column. By default this calculation includes gaps in columns, gaps can be ignored via the Consensus label context 
1821 menu to the left of the consensus bar chart. 
1822 The consensus histogram can be overlaid
1823 with a sequence logo that reflects the symbol distribution at each column of
1824 the alignment. Right click on the Consensus annotation row and select the {\sl Show
1825 Logo} option to display the Consensus profile for the group or alignment.
1826 Sequence logos can be enabled by default for all new alignments {\sl via} the
1827 Visual tab in the Jalview desktop's preferences dialog box.
1828
1829 \subsubsection{Quality Annotation}
1830
1831 Alignment quality annotation is an ad-hoc measure of the likelihood of observing
1832 the mutations (if any) in a particular column of the alignment. The quality score is calculated for each column in an alignment by summing, 
1833 for all mutations, the ratio of the two BLOSUM 62 scores for a mutation pair and each residue's conserved BLOSUM62 score (which is higher). 
1834 This value is normalised for each column, and then plotted on a scale from 0 to 1.
1835
1836 \subsubsection{Group Associated Annotation}
1837 \label{groupassocannotation}
1838 Group associated consensus and conservation annotation rows reflect the
1839 sequence variation within a particular group. Their calculation is enabled
1840 by selecting the {\sl Group Conservation} or {\sl Group Consensus} options in
1841 the {\sl Annotation $\Rightarrow$ Autocalculated Annotation } submenu of the
1842 alignment window. 
1843
1844 \subsection{Creating User Defined Annotation}
1845
1846 To create a new annotation row, right click on the annotation label panel and select the {\sl Add New Row} menu option (Figure \ref{newannotrow}).
1847 A dialog box appears. Enter the label to use for this row and a new row will appear.
1848
1849 To create a new annotation, first select all the positions to be annotated on the appropriate row. 
1850 Right-clicking on this selection brings up the context menu which allows the insertion of graphics for secondary structure ({\sl Helix} or {\sl Sheet}), 
1851 text {\sl Label} and the colour in which to present the annotation (Figure \ref{newannot}). On selecting {\sl Label} a dialog box will appear, 
1852 requesting the text to place at that position. After the text is entered, the selection can be removed and the annotation becomes clearly 
1853 visible\footnote{When annotating a block of positions, the text can be partly obscured by the selection highlight. Pressing the  [ESC] key clears 
1854 the selection and the label is then visible.}. Annotations can be coloured or deleted as desired.
1855
1856 \begin{figure}[htbp]
1857 \begin{center}
1858 \includegraphics[width=1.3in]{images/annots1.pdf}
1859 \includegraphics[width=2in]{images/annots2.pdf}
1860 \caption{{\bf Creating a new annotation row.} Annotation rows can be reordered by dragging them to the desired place.}
1861 \label{newannotrow}
1862 \end{center}
1863 \end{figure}
1864
1865 \begin{figure}[htbp]
1866 \begin{center}
1867 \includegraphics[width=2in]{images/annots3.pdf}
1868 \includegraphics[width=2in]{images/annots4.pdf}
1869 \includegraphics[width=2in]{images/annots5.pdf}
1870 \caption{{\bf Creating a new annotation.} Annotations are created from a selection on the annotation row and can be coloured as desired.}
1871 \label{newannot}
1872 \end{center}
1873 \end{figure}
1874
1875 \subsection{Automated Annotation of Alignments and Groups}
1876
1877 On loading a sequence alignment, Jalview will normally\footnote{Automatic
1878 annotation can be turned off in the {\sl Visual } tab in the {\sl Tools
1879 $\Rightarrow$ Preferences } dialog box.} calculate a set of automatic annotation
1880 rows which are shown below the alignment. For nucleotide sequence alignments,
1881 only an alignment consensus row will be shown, but for amino acid sequences,
1882 alignment quality (based on BLOSUM 62) and physicochemical conservation will
1883 also be shown. Conservation is calculated according to Livingstone and
1884 Barton\footnote{{\sl ``Protein Sequence Alignments: A Strategy for the
1885 Hierarchical Analysis of Residue Conservation." } Livingstone C.D. and Barton
1886 G.J. (1993) {\sl CABIOS } {\bf 9}, 745-756}.
1887 Consensus is the modal residue (or {\tt +} where there is an equal top residue).
1888 The inclusion of gaps in the consensus calculation can be toggled by
1889 right-clicking on the Consensus label and selecting {\sl Ignore Gaps in
1890 Consensus} from the pop-up context menu located with consensus annotation row.
1891 Quality is a measure of the inverse likelihood of unfavourable mutations in the alignment. Further details on these
1892 calculations can be found in the on-line documentation.
1893
1894
1895 \exercise{Annotating Alignments}{
1896   \label{annotatingalignex}
1897 \exstep{Load the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. 
1898 Right-click on the {\sl Conservation} annotation row to
1899 bring up the context menu and select {\sl Add New Row}. A dialog box will
1900 appear asking for {\sl Annotation Name} and {\sl Annotation Description}.
1901 Enter ``Iron binding site" and click {\sl OK}. A new, empty, row appears.
1902 }
1903 \exstep{
1904 Navigate to column 97. Move down and on the new annotation row called
1905 ``Iron binding site, select column 97.
1906 Right click at this selection and select {\sl Label} from the context menu.
1907 Enter ``Fe" in the box and click {\sl OK}. Right-click on the selection again
1908 and select {\sl Colour}.
1909 Choose a colour from the colour chooser dialog 
1910 and click {\sl OK}. Press [ESC] to remove the selection.
1911
1912 {\sl Note: depending on your Annotation sort settings, your newly
1913 created annotation row might 'jump' to the top or bottom of the annotation
1914 panel. Just scroll up or down to find it again - the column you marked will
1915 still be selected. }
1916
1917 }
1918 \exstep{ Select columns 70-77 on the annotation row. Right-click and choose {\sl Sheet} from the
1919  context menu. You will be prompted for a label. Enter ``B" and press {\sl OK}. A new line showing the 
1920  sheet as an arrow appears. The colour of the label can be changed but not the colour of the sheet 
1921  arrow. 
1922 }
1923 \exstep{Right click on the title text of annotation row that you just created. 
1924 Select {\sl Export Annotation} in context menu and, in the Export Annotation
1925 dialog box that will open, select the Jalview format and click the {\sl [To Textbox]} button. 
1926
1927 The format for this file is given in the Jalview help. Press [F1] to open it, and find 
1928 the ``Annotations File Format'' entry in the ``Alignment Annotations'' section of the contents 
1929 pane. }
1930
1931 \exstep{Export the file to a text editor and edit the file to change the name of the annotation 
1932 row. Save the file and drag it onto the alignment view.}
1933 \exstep{Add an additional helix somewhere along the row by editing the file and 
1934 re-importing it.
1935
1936 {\sl Hint: Use the Export Annotation function to view what helix annotation looks like in 
1937 a Jalview annotation file.}}
1938 \exstep{Use the {\sl Alignment Window $\Rightarrow$ File $\Rightarrow$ Export Annotations...} 
1939 function to export all the alignment's annotation to a file.}
1940 \exstep{Open the exported annotation in a text editor, and use the Annotation File Format 
1941 documentation to modify the style of the Conservation, Consensus and Quality annotation rows so 
1942 they appear as several lines on a single line graph.
1943
1944 {\sl Hint: You need to change the style of annotation row in the first field of the annotation 
1945 row entry in the file, and create an annotation row grouping to overlay the three quantitative 
1946 annotation rows.}
1947 }
1948 \exstep{{\bf Homework for after you have completed exercise \ref{secstrpredex}:}
1949 \label{viewannotfileex}
1950       
1951 Recover or recreate the secondary structure predictions that you made from
1952 JPred. Use the {\sl File $\Rightarrow$ Export Annotation} function to view the Jnet secondary structure prediction annotation row.
1953
1954 Note the 
1955 SEQUENCE\_REF statements surrounding the row specifying the sequence association for the 
1956 annotation. 
1957 }}
1958
1959
1960 \section{Importing Features from Databases}
1961 \label{featuresfromdb}
1962 Jalview supports feature retrieval from public databases.
1963 It includes built in parsers for Uniprot and ENA (or EMBL) records retrieved
1964 from the EBI. Sequences retrieved from these sources using the sequence fetcher (see
1965 Section \ref{fetchseq}) will already possess features.
1966
1967 \subsection{Sequence Database Reference Retrieval}
1968 \label{fetchdbrefs}
1969 Jalview maintains a list of external database references for each sequence in
1970 an alignment. These are listed in a tooltip when the mouse is moved over the
1971 sequence ID when the {\sl View $\Rightarrow$ Sequence ID Tooltip $\Rightarrow$
1972 Show Database Refs } option is enabled. Sequences retrieved using the sequence
1973 fetcher will always have at least one database reference, but alignments
1974 imported from an alignment file generally have no database references.
1975
1976 \subsubsection{Database References and Sequence Coordinate Systems}
1977
1978 Jalview displays features in the local sequence's coordinate system which is
1979 given by its `start' and `end'. Any sequence features on the sequence will be
1980 rendered relative to the sequence's start position. If the start/end positions
1981 do not match the coordinate system from which the features were defined, then
1982 the features will be displayed incorrectly.
1983
1984 \subsubsection{Viewing and Exporting a Sequence's Database Annotation}
1985
1986 You can export all the database cross references and annotation terms shown in
1987 the sequence ID tooltip for a sequence by right-clicking and selecting the {\sl
1988 [Sequence ID] $\Rightarrow$ Sequence details \ldots} option from the popup
1989 menu.
1990 A similar option is provided in the {\sl Selection} sub-menu allowing you to
1991 obtain annotation for the sequences currently selected. 
1992
1993 \parbox[l]{3.4in}{
1994 The {\sl Sequence Details
1995 \ldots} option will open a window containing the same text as would be shown in
1996 the tooltip window, including any web links associated with the sequence. The
1997 text is HTML, and options on the window allow the raw code to be copied and
1998 pasted into a web page.}
1999 \parbox[c]{3in}{
2000 \centerline{\includegraphics[width=2.2in]{images/seqdetailsreport.pdf}}}
2001
2002 \subsubsection{Automatically Discovering a Sequence's Database References}
2003 Jalview includes a function to automatically verify and update each sequence's
2004 start and end numbering against any of the sequence databases that the {\sl
2005 Sequence Fetcher} has access to. This function is accessed from the {\sl
2006 Webservice $\Rightarrow$ Fetch DB References} sub-menu in the Alignment
2007 window. This menu allows you to query either the set of {\sl Standard
2008 Databases}, which includes EMBL, Uniprot, the PDB, or just a specific datasource from one of the submenus.
2009 When one of the entries from this menu is selected, Jalview will use the ID
2010 string from each sequence in the alignment or in the currently selected set to
2011 retrieve records from the external source. Any sequences that are retrieved are
2012 matched against the local sequence, and if the local sequence is found to be a
2013 sub-sequence of the retrieved sequence then the local sequence's start/end
2014 numbering is updated.  A new database reference mapping is created, mapping the
2015 local sequence to the external database, and the local sequence inherits any
2016 additional annotation retrieved from the database sequence.
2017
2018 The database retrieval process terminates when a valid mapping is found for a
2019 sequence, or if all database queries failed to retrieve a matching sequence.
2020 Termination is indicated by the disappearance of the moving progress indicator
2021 on the alignment window. A dialog box may be shown once it completes which
2022 lists sequences for which records were found, but the sequence retrieved from
2023 the database did not exactly contain the sequence given in the alignment (the
2024 {\sl ``Sequence not 100\% match'' dialog box}).
2025
2026
2027 \subsubsection{The Fetch Uniprot IDs Dialog Box}
2028 \label{discoveruniprotids}
2029 If any sources are selected which refer to Uniprot coordinates as their reference system, 
2030 then you may be asked if you wish to retrieve Uniprot IDs for your sequence. Pressing OK instructs Jalview to verify the sequences against Uniprot records retrieved using the sequence's ID string. This operates in much the same way as the {\sl Web Service $\Rightarrow$ Fetch Database References } function described in Section \ref{fetchdbrefs}. 
2031 If a sequence is verified, then the start/end numbering will be adjusted to match the Uniprot record. 
2032
2033 \subsubsection{Rate of Feature Retrieval}
2034 Feature retrieval can take some time if a large number of sources are selected
2035 and if the alignment contains a large number of sequences.  
2036 As features are retrieved, they are immediately added to the current alignment view.
2037 The retrieved features are shown on the sequence and can be customised as described previously.
2038
2039
2040 \subsection{Colouring Features by Score or Description
2041 Text}
2042 \label{featureschemes}
2043 Sometimes, you may need to visualize the differences in information carried by
2044 sequence features of the same type. This is most often the case when features
2045 of a particular type are the result of a specific type of database query or calculation. Here, they may also carry information within their textual description, or most commonly for calculations, a score related to the property being investigated. Jalview can shade sequence
2046 features using a graduated colourscheme in order to highlight these variations.
2047 In order to apply a graduated scheme to a feature type, select the `Graduated
2048 colour' entry in the Sequence {\sl Feature Type}'s popup menu, which is opened by
2049 right-clicking the {\sl Feature Type} or {\sl Color} in the {\sl Sequence Feature Settings} dialog box. Two types
2050 of colouring styles are currently supported: the default is quantitative
2051 colouring, which shades each feature based on its score, with the highest
2052 scores receiving the `Max' colour, and the lowest scoring features coloured
2053 with the `Min' colour. Alternately, you can select the `Colour by label'
2054 option to create feature colours according to the description text associated
2055 with each feature. This is useful for general feature types - such as
2056 Uniprot's `DOMAIN' feature - where the actual type of domain is given in the
2057 feature's description.
2058
2059 Graduated feature colourschemes can also be used to exclude low or
2060 high-scoring features from the alignment display. This is done by choosing your
2061 desired threshold type (either above or below), using the drop-down menu in the
2062 dialog box. Then, adjust the slider or enter a value in the text box to set the
2063 threshold for displaying this type of feature.
2064
2065 The feature settings dialog box allows you to toggle between a graduated and
2066 simple feature colourscheme using the pop-up menu for the feature type. When a
2067 graduated scheme is applied, it will be indicated in the colour column for
2068 that feature type - with coloured blocks or text to indicate the colouring
2069 style and a greater than ($>$) or less than ($<$) symbol to indicate when a
2070 threshold has been defined.
2071
2072 \subsection{Using Features to Re-order the Alignment}
2073 \label{featureordering}
2074 The presence of sequence features on certain sequences or in a particular
2075 region of an alignment can quantitatively identify important trends in
2076 the aligned sequences. In this case, it is more useful to
2077 re-order the alignment based on the number of features or their associated scores, rather than simply re-colour the aligned sequences. The sequence feature settings
2078 dialog box provides two buttons: `Seq sort by Density' and `Seq sort by
2079 Score', that allow you to reorder the alignment according to the number of
2080 sequence features present on each sequence, and also according to any scores
2081 associated with a feature. Each of these buttons uses the currently displayed
2082 features to determine the ordering, but
2083 if you wish to re-order the alignment using a single type of feature, then you can do this from the {\sl Feature Type}'s
2084 popup menu. Simply right-click the type's style in the Sequence Feature Settings dialog
2085 box, and select one of the {\sl Sort by Score} and {\sl Sort by Density}
2086 options to re-order the alignment. Finally, if a specific region is selected,
2087 then only features found in that region of the alignment will be used to
2088 create the new alignment ordering.
2089 % \exercise{Shading and Sorting Alignments using Sequence Features}{
2090 % \label{shadingorderingfeatsex}
2091
2092 % This exercise is currently not included in the tutorial because no DAS servers
2093 % currently exist that yield per-residue features for any Uniprot sequence. 
2094
2095 % \exstep{Re-load the alignment from \ref{dasfeatretrexcercise}.
2096 % }
2097 % \exstep{Open the
2098 % feature settings panel, and, after first clearing the current
2099 % selection, press the {\em Seq Sort by Density} button a few times.}
2100 % \exstep{Use the DAS fetcher to retrieve the Kyte and Doolittle Hydrophobicity
2101 % scores for the protein sequences in the alignment.
2102 % {\sl Hint: the nickname for the das source is `KD$\_$hydrophobicity'.}}
2103 % \exstep{Change the feature settings so only the hydrophobicity features are
2104 % displayed. Mouse over the annotation and also export and examine the GFF and
2105 % Jalview features file to better understand how the hydrophobicity measurements
2106 % are recorded.}
2107 % \exstep{Apply a {\sl Graduated Colour} to the hydrophobicity annotation to
2108 % reveal the variation in average hydrophobicity across the alignment.}
2109 % \exstep{Select a range of alignment columns, and use one of the sort by feature buttons to order the alignment according to that region's average
2110 % hydrophobicity.}
2111 % \exstep{Save the alignment as a project, for use in exercise
2112 % \ref{threshgradfeaturesex}.} }
2113
2114 % \exercise{Shading alignments with combinations of graduated feature
2115 % colourschemes}{
2116 % \label{threshgradfeaturesex}
2117 % \exstep{Reusing the annotated alignment from exercise
2118 % \ref{shadingorderingfeatsex}, experiment with the colourscheme threshold to
2119 % highlight the most, or least hydrophobic regions. Note how the {\sl Colour} icon for the {\sl Feature Type} changes when you change the threshold type and press OK.}
2120 % \exstep{Change the colourscheme so
2121 % that features at the threshold are always coloured grey, and the most
2122 % hydrophobic residues are coloured red, regardless of the threshold value
2123 % ({\em hint - there is a switch on the dialog to do this for you}).}
2124 % \exstep{Enable the Uniprot {\em chain} annotation in the feature settings
2125 % display and re-order the features so it is visible under the hydrophobicity
2126 % annotation.}
2127 % \exstep{Apply a {\sl Graduated Colour} to the {\em chain}
2128 % annotation so that it distinguishes the different canonical names associated
2129 % with the mature polypeptide chains.}
2130 % \exstep{Export the alignment's sequence features using the Jalview and GFF file formats, to see how the different types of graduated feature
2131 % colour styles are encoded. }
2132 % }
2133
2134 \subsection{Creating Sequence Features}
2135 Sequence features can be created simply by selecting the area in a sequence (or sequences) to form the feature and selecting {\sl Selection $\Rightarrow$ Create Sequence Feature } from the right-click context menu (Figure \ref{features}). A dialog box allows the user to customise the feature with respect to name, group, and colour. The feature is then associated with the sequence. Moving the mouse over a residue associated with a feature brings up a tool tip listing all features associated with the residue.
2136
2137 \begin{figure}[htbp]
2138 \begin{center}
2139 \includegraphics[width=2in]{images/feature1.pdf}
2140 \includegraphics[width=2.5in]{images/feature2.pdf}
2141 \includegraphics[width=1.5in]{images/feature3.pdf}
2142 \caption{{\bf Creating sequence features.} Features can readily be created from selections via the context menu and are then displayed on the sequence. }
2143 \label{features}
2144 \end{center}
2145 \end{figure}
2146
2147 Creation of features from a selection spanning multiple sequences results in the creation of one feature per sequence. 
2148 Each feature remains associated with its own sequence.
2149
2150 \subsection{Customising Feature Display}
2151
2152 Feature display can be toggled on or off by selecting the {\sl View
2153 $\Rightarrow$ Show Sequence Features} menu option. When multiple features are
2154 present it is usually necessary to customise the display. Jalview allows the
2155 display, colour, rendering order and transparency of features to be modified
2156 {\sl via} the {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} menu option. This
2157 brings up a dialog window (Figure \ref{custfeat}) which allows the
2158 visibility of individual feature types to be selected, colours changed (by
2159 clicking on the colour of each sequence feature type) and the rendering order
2160 modified by dragging feature types to a new position in the list. Dragging the
2161 slider alters the transparency of the feature rendering. The Feature
2162 Settings dialog also includes functions for more advanced feature shading
2163 schemes and buttons for sorting the alignment according to the distribution of
2164 features. These capabilities are described further in sections
2165 \ref{featureschemes} and \ref{featureordering}.
2166
2167 \begin{figure}[htbp]
2168 \begin{center}
2169 \includegraphics[width=4in]{images/features4.pdf}
2170 \caption{{\bf Multiple sequence features.} An alignment with JPred secondary structure prediction annotation below it, and many sequence features overlaid onto the aligned sequences. The tooltip lists the features annotating the residue below the mouse-pointer.}
2171 \end{center}
2172 \end{figure}
2173
2174 \begin{figure}[htbp]
2175 \begin{center}
2176 \includegraphics[width=4in]{images/features5.pdf}
2177 \caption{{\bf Customising sequence features.} Features can be recoloured, switched on or off and have the rendering order changed. }
2178 \label{custfeat}
2179 \end{center}
2180 \end{figure}
2181
2182 \subsection{Sequence Feature File Formats}
2183
2184 Jalview supports the widely used GFF tab delimited format\footnote{see
2185 http://www.sanger.ac.uk/resources/software/gff/spec.html} and its own Jalview
2186 Features file format for the import of sequence annotation. Features and
2187 alignment annotation are also extracted from other formats such as Stockholm,
2188 and AMSA. URL links may also be attached to features. See the online
2189 documentation for more details of the additional capabilities of the Jalview
2190 features file.
2191
2192 \exercise{Creating Features}{
2193 \exstep{Open the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. 
2194 We know that the Cysteine residues at columns 97, 102, 105 and 135 are involved in 
2195 iron binding so we will create them as features. Navigate to column 97, sequence 1. 
2196 Select the entire column by clicking in the ruler bar. Then right-click on the selection 
2197 to bring up the context menu and select {\sl Selection $\Rightarrow$ Create Sequence Feature}. 
2198 A dialog box will appear.
2199 }
2200 \exstep{
2201 Enter a suitable Sequence Feature Name  (e.g. ``Iron binding site") in the
2202 appropriate box. Click on the Feature Colour bar to change the colour if
2203 desired, add a short description (``One of four Iron binding Cysteines") and
2204 press {\sl OK}. The features will then appear on the sequences. } \exstep{Roll
2205 the mouse cursor over the new features.
2206 Note that the position given in the tool tip is the residue number, not the column number. 
2207 To demonstrate that there is one feature per sequence, clear all selections by pressing [ESC] then insert a gap in sequence 3 at column 95.
2208 Roll the mouse over the features and you will see that the feature has moved with the sequence. Delete the gap you created.
2209 }
2210 \exstep{
2211 Add a similar feature to column 102. When the feature dialog box appears, clicking the Sequence Feature 
2212 Name box brings up a list of previously described features. Using the same Sequence Feature Name allows the features to be grouped.}
2213 \exstep{Select {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} from the
2214 alignment window menu. The Sequence Feature Settings window will appear. Move
2215 this so that you can see the features you have just created. Click the check
2216 box for ``Iron binding site"  under {\sl Display} and note that display of this
2217 feature type is now turned off. Click it again and note that the features are
2218 now displayed. Close the sequence feature settings box by clicking {\sl OK} or
2219 {\sl Cancel}.} }
2220
2221 \chapter{Multiple Sequence Alignment}
2222 \label{msaservices}
2223 Sequences can be aligned using a range of algorithms provided by JABA web
2224 services, including ClustalW\footnote{{\sl ``CLUSTAL W:
2225 improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence
2226 weighting, position specific gap penalties and weight matrix choice."} Thompson
2227 JD, Higgins DG, Gibson TJ (1994) {\sl  Nucleic Acids Research} {\bf 22},
2228 4673-80}, Muscle\footnote{{\sl ``MUSCLE: a multiple sequence alignment method
2229 with reduced time and space complexity"} Edgar, R.C.
2230 (2004) {\sl BMC Bioinformatics} {\bf 5}, 113},  MAFFT\footnote{{\sl ``MAFFT: a
2231 novel method for rapid multiple sequence alignment based on fast Fourier
2232 transform"}  Katoh, K., Misawa, K., Kuma, K. and Miyata, T. (2002) {\sl Nucleic
2233 Acids Research} {\bf 30}, 3059-3066.  and {\sl ``MAFFT version 5:
2234 improvement in accuracy of multiple sequence alignment"} Katoh, K., Kuma, K.,
2235 Toh, H. and Miyata, T. (2005) {\sl Nucleic Acids Research} {\bf 33}, 511-518.},
2236 ProbCons,\footnote{PROBCONS: Probabilistic Consistency-based Multiple Sequence
2237 Alignment.
2238 Do, C.B., Mahabhashyam, M.S.P., Brudno, M., and Batzoglou, S.
2239 (2005) {\sl Genome Research} {\bf 15} 330-340.} T-COFFEE\footnote{T-Coffee:
2240 A novel method for multiple sequence alignments. (2000) Notredame, Higgins and
2241 Heringa {\sl JMB} {\bf 302} 205-217} and Clustal Omega.\footnote{Fast, scalable
2242 generation of high-quality protein multiple sequence alignments using Clustal
2243 Omega. Sievers F, Wilm A, Dineen DG, Gibson TJ, Karplus K, Li W, Lopez R,
2244 McWilliam H, Remmert M, Soding J, Thompson JD, Higgins DG (2011) {\sl Molecular
2245 Systems Biology} {\bf 7} 539
2246 \href{http://dx.doi.org/10.1038/msb.2011.75}{doi:10.1038/msb.2011.75}} Of these,
2247 T-COFFEE is slow but accurate. ClustalW is historically
2248 the most widely used. Muscle is fast and probably best for
2249 smaller alignments. MAFFT is probably the best for large alignments,
2250 however Clustal Omega, released in 2011, is arguably the fastest and most
2251 accurate tool for protein multiple alignment.
2252
2253 \section{Performing a multiple sequence alignment}
2254 To run an alignment web service, select the appropriate method from the {\sl
2255 Web Service $\Rightarrow$  Alignment $\Rightarrow$ \ldots} submenu (Figure
2256 \ref{webservices}). For each service you may either perform an alignment with
2257 default settings, use one of the available presets, or customise the parameters
2258 with the `{\sl Edit and Run ..}' dialog box. Once the job is submitted, a
2259 progress window will appear giving information about the job and any errors that
2260 occur. After successful completion of the job, a new alignment window is opened
2261 with the results, in this case an alignment. By default, the new alignment will be
2262 ordered in the same way as the input sequences. Note: many alignment
2263 programs re-order the input during their analysis and place homologous
2264 sequences close together, the MSA algorithm ordering can be recovered
2265 using the `Algorithm ordering' entry within the {\sl Calculate $\Rightarrow$
2266 Sort } sub menu.
2267
2268 \subsection{Realignment to add sequences to an existing alignment}
2269 The re-alignment option is currently only supported by Clustal  
2270 Omega and ClustalW. When performing a re-alignment, Jalview submits the
2271 current selection to the alignment service complete with any existing gaps.
2272 Realignment with ClustalW is useful when one wishes to align
2273 additional sequences to an existing alignment without any further optimisation
2274 to the existing alignment. ClustalO's realignment works by generating a
2275 probabilistic model (a.k.a HMM) from the original alignment, and then realigns
2276 {\bf all} sequences to this profile. For a well aligned MSA, this process
2277 will simply reconstruct the original alignment (with additonal sequences), but
2278 in the case of low quality MSAs, some differences may be introduced.
2279
2280 \begin{figure}[htbp]
2281 \begin{center}
2282 \parbox[c]{1.5in}{\includegraphics[width=1.5in]{images/ws1.pdf}}
2283 \parbox[c]{2.5in}{\includegraphics[width=2.5in]{images/ws2.pdf}}
2284 \parbox[c]{2in}{\includegraphics[width=2in]{images/ws3.pdf}}
2285 \caption{{\bf Multiple alignment via web services} The appropriate method is
2286 selected from the menu (left), a status box appears (centre), and the results
2287 appear in a new window (right).}
2288 \label{webservices}
2289 \end{center}
2290 \end{figure}
2291
2292 \subsection{Alignments of Sequences that include Hidden Regions}
2293 If the view or selected region submitted for alignment contains hidden
2294 regions, then {\bf only the visible sequences will be submitted to the service}.
2295 Furthermore, each contiguous segment of sequences will be aligned independently
2296 (resulting in a number of alignment `subjobs' appearing in the status window).
2297 Finally, the results of each subjob will be concatenated with the hidden regions
2298 in the input data prior to their display in a new window. This approach ensures
2299 that 1) hidden column boundaries in the input data are preserved in the
2300 resulting alignment - in a similar fashion to the constraint that hidden columns
2301 place on alignment editing (see Section \ref{lockededits} and 2) hidden
2302 columns can be used to preserve existing parts of an alignment whilst the
2303 visible parts are locally refined.
2304
2305 \subsection{Alignment Service Limits}
2306 Multiple alignment is a computationally intensive calculation. Some JABA server
2307 services and service presets only allow a certain number of sequences to be
2308 aligned. The precise number will depend on the server that you are using to
2309 perform the alignment. Should you try to submit more sequences than a service
2310 can handle, then an error message will be shown informing you of the maximum
2311 number allowed by the server.
2312
2313 \exercise{Multiple Sequence Alignment}{
2314 \exstep{ Close all windows and open the alignment at {\sf
2315 http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa}.  Select {\sl
2316 Web Service $\Rightarrow$ Alignment $\Rightarrow$ Muscle with Defaults}. 
2317 A window will open giving the job status. After a short time, a second window will open
2318  with the results of the alignment.} 
2319  \exstep{Return to the first sequence alignment window by clicking on 
2320  the window, and repeat using {\sl ClustalO} (Omega) and {\sl MAFFT}, from the
2321  {\sl Web Service $\Rightarrow$ Alignment} menu, using the same initial
2322  alignment.
2323  Compare them and you should notice small differences. }
2324 \exstep{Select the last three sequences in the MAFFT alignment, and de-align them 
2325 with {\sl Edit $\Rightarrow$ Remove All Gaps}. Press [ESC] to deselect these
2326 sequences. Then submit this view for re-alignment with {\sl ClustalO}.}
2327 \exstep{Return to the alignment window in section (c), use [CTRL]-Z (undo) to
2328 recover the alignment of the last three sequences in this MAFFT alignment.
2329 Once the ClustalO re-alignment has completed, compare the results of
2330 re-alignment of the three sequences with their alignment in the original MAFFT result.}
2331 \exstep{Select columns 60 to 125 in the original MAFFT alignment and hide them,
2332 by right clicking the mouse to bring up context menu.
2333 Select {\sl Web Service $\Rightarrow$ Alignment $\Rightarrow$ Mafft with Defaults} to 
2334 submit the visible portion of the alignment to MAFFT. When the web service job pane appears, 
2335 note that there are now two alignment job status panes shown in the window.}
2336 \exstep{When the MAFFT job has finished, compare the alignment of the N-terminal visible 
2337 region in the result with the corresponding region of the original alignment.}
2338 \exstep {If you wish, 
2339 select and hide a few more columns in the N-terminal region, and submit the alignment to the 
2340 service again and explore the effect of local alignment on the non-homologous parts of the 
2341 N-terminal region.}
2342 {\bf See the video at:
2343 \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
2344 }
2345
2346 \section{Customising the Parameters used for Alignment}
2347
2348 JABA web services allow you to vary the parameters used when performing a
2349 bioinformatics analysis. For JABA alignment services, this means you are
2350 usually able to modify the following types of parameters:
2351 \begin{list}{$\bullet$}{}
2352 \item{Amino acid or nucleotide substitution score matrix}
2353 \item{Gap opening and widening penalties}
2354 \item{Types of distance metric used to construct guide trees}
2355 \item{Number of rounds of re-alignment or alignment optimisation}  
2356 \end{list}
2357 \begin{figure}[htbc]
2358 \center{
2359 \includegraphics[width=3in]{images/jvaliwsparamsbox.pdf}
2360 \caption{{\bf Jalview's JABA alignment service parameter editing dialog box}.}
2361 \label{jwsparamsdialog} }
2362 \end{figure}
2363
2364 \subsection{Getting Help on the Parameters for a Service}
2365
2366 Each parameter available for a method usually has a short description, which
2367 Jalview will display as a tooltip, or as a text pane that can be opened under
2368 the parameter's controls. In the parameter shown in Figure
2369 \ref{clustalwparamdetail}, the description was opened by selecting the button on the left hand side. Online help for the
2370 service can also be accessed, by right clicking the button and selecting a URL
2371 from the pop-up menu that will open.
2372
2373 \begin{figure}[htbp]
2374 \begin{center}
2375 \includegraphics[width=2.5in]{images/clustalwparamdetail.pdf}
2376 \caption{{\bf ClustalW parameter slider detail}. From the ClustalW {\sl Clustal $\Rightarrow$ Edit settings and run ...} dialog box. }
2377 \label{clustalwparamdetail}
2378 \end{center}
2379 \end{figure} 
2380
2381 \subsection{Alignment Presets}
2382 The different multiple alignment algorithms available from JABA vary greatly in
2383 the number of adjustable parameters, and it is often difficult to identify what
2384 are the best values for the sequences that you are trying to align. For these
2385 reasons, each JABA service may provide one or more presets -- which are
2386 pre-defined sets of parameters suited for particular types of alignment
2387 problem. For instance, the Muscle service provides the following presets:
2388 \begin{list}{$\bullet$}{}
2389 \item Large alignments (balanced)
2390 \item Protein alignments (fastest speed)
2391 \item Nucleotide alignments (fastest speed)
2392 \end{list}
2393
2394 The presets are displayed in the JABA web services submenu, and can also be
2395 accessed from the parameter editing dialog box, which is opened by selecting
2396 the `{\sl Edit settings and run ...}' option from the web services menu. If you have used
2397 a preset, then it will be mentioned at the beginning of the job status file shown
2398 in the web service job progress window.
2399
2400 \subsection{User Defined Presets}
2401 Jalview allows you to create your own presets for a particular service. To do
2402 this, select the `{\sl Edit settings and run ...}' option for your service,
2403 which will open a parameter editing dialog box like the one shown in Figure
2404 \ref{jwsparamsdialog}.
2405
2406 The top row of this dialog allows you to browse the existing presets, and
2407 when editing a parameter set, allows you to change its nickname. As you
2408 adjust settings, buttons will appear at the top of the parameters dialog that
2409 allow you to Revert or Update the currently selected user preset with your changes, Delete the current preset, or Create a new preset, if none exists with the given name. In addition to the parameter set name, you can also provide a short
2410 description for the parameter set, which will be shown in the tooltip for the
2411 parameter set's entry in the web services menu.
2412
2413 \subsubsection{Saving Parameter Sets}
2414 When creating a custom parameter set, you will be asked for a file name to save
2415 it. The location of the file is recorded in the Jalview user preferences in the
2416 same way as a custom alignment colourscheme, so when Jalview is launched again,
2417 it will show your custom preset amongst the options available for running the
2418 JABA service.
2419
2420
2421 % \exercise{Creating and using user defined presets}{\label{createandusepreseex}
2422 % \exstep{Import the file at
2423 % \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/fdx\_unaligned.fa} into jalview.}
2424 % \exstep{Use the `{\slDiscover Database Ids}' function to recover the PDB cross
2425 % references for the sequences.}
2426 % \exstep{Align the sequences using the default ClustalW parameters.}
2427 % \exstep{Use the `{\sl Edit and run..}'
2428 % option to open the ClustalW parameters dialog box, and create a new preset using
2429 % the following settings:
2430 % \begin{list}{$\bullet$}{}
2431 % \item BLOSUM matrix (unchanged)
2432 % \item Gap Opening and End Gap penalties = 0.05
2433 % \item Gap Extension and Separation penalties = 0.05
2434 % \end{list}
2435
2436 % As you edit the parameters, buttons will appear on the dialog box
2437 % allowing you revert your changes or save your settings as a new parameter
2438 % set.
2439
2440 % Before you save your settings, remeber to give them a meaningful name by editing
2441 % the text box at the top of the dialog box.
2442 % }
2443 % \exstep{Repeat the alignment using your new parameter set by selecting it from
2444 % the {\sl ClustalW Presets menu}.} 
2445 % \exstep{These sequences have PDB structures associated with them, so it is
2446 % possible to compare the quality of the alignments.
2447
2448 % Use the {\sl View all {\bf N}
2449 % structures} option to calculate the superposition of 1fdn on 1fxd for both
2450 % alignments (refer to section \ref{superposestructs} for instructions). Which
2451 % alignment gives the best RMSD ? }
2452 % \exstep{Apply the same alignment parameter settings to the example alignment
2453 % (available from \textsf{http://www.jalview.org/examples/uniref50.fa}). 
2454
2455 % Are there differences ? If not, why not ?
2456 % }
2457 % }
2458
2459 \section{Protein Alignment Conservation Analysis}
2460 \label{aacons}
2461 The {\sl Web Service $\Rightarrow$ Conservation} menu controls the computation
2462 of up to 17 different amino acid conservation measures for the current alignment
2463 view. The JABAWS AACon Alignment Conservation Calculation Service, which is used
2464 to calculate these scores, provides a variety of standard measures described by
2465 Valdar in 2002\footnote{Scoring residue conservation. Valdar (2002) {\sl
2466 Proteins: Structure, Function, and Genetics} {\bf 43} 227-241.} as well as an efficient implementation of the SMERFs
2467 score developed by Manning et al. in 2008.\footnote{SMERFS Score Manning et al. {\sl BMC
2468 Bioinformatics} 2008, {\bf 9} 51 \href{http://dx.doi.org/10.1186/1471-2105-9-51}{doi:10.1186/1471-2105-9-51}}
2469
2470 \subsection{Enabling and Disabling AACon Calculations}
2471 When the AACon Calculation entry in the {\sl Web Service $\Rightarrow$
2472 Conservation} menu is ticked, AACon calculations will be performed every time
2473 the alignment is modified. Selecting the menu item will enable or disable
2474 automatic recalculation.
2475
2476 \subsection{Configuring which AACon Calculations are Performed}
2477 The {\sl Web Service $\Rightarrow$ Conservation $\Rightarrow$ Change AACon
2478 Settings ...} menu entry will open a web services parameter dialog for the
2479 currently configured AACon server. Standard presets are provided for quick and
2480 more expensive conservation calculations, and parameters are also provided to
2481 change the way that SMERFS calculations are performed.
2482 AACon settings for an alignment are saved in Jalview projects along with the
2483 latest calculation results.
2484
2485 \subsection{Changing the Server used for AACon Calculations}
2486 If you are working with alignments too large to analyse with the public JABAWS
2487 server, then you will most likely have already configured additional JABAWS
2488 servers. By default, Jalview will chose the first AACon service available from
2489 the list of JABAWS servers available. If available, you can switch to use
2490 another AACon service by selecting it from the {\sl Web Service $\Rightarrow$
2491 Conservation $\Rightarrow$ Switch Server} submenu.
2492
2493 \chapter{Analysis of Alignments}
2494 \label{alignanalysis}
2495 Jalview provides support for sequence analysis in two ways. A number of
2496 analytical methods are `built-in', these are accessed from the {\sl Calculate}
2497 alignment window menu. Computationally intensive analyses are run outside
2498 Jalview {\sl via} web services - and found under the
2499 {\sl Web Service} menu. In this section, we describe the built-in analysis
2500 capabilities common to both the Jalview Desktop and the JalviewLite applet.
2501  
2502 \section{PCA}
2503 Principal components analysis calculations create a spatial
2504 representation of the similarities within the current selection or the whole alignment if no selection has been made. After
2505 the calculation finishes, a 3D viewer displays each sequence as a point in
2506 3D `similarity space'. Sets of similar sequences tend to lie near each other in
2507 this space.
2508 Note: The calculation is computationally expensive, and may fail for very large
2509 sets of sequences - because the JVM has run out of memory. Memory issues, and
2510 how to overcome them, were discussed in Section \ref{memorylimits}.
2511
2512 \subsubsection{What is PCA?}
2513 Principal components analysis is a technique for examining the structure of
2514 complex data sets. The components are a set of dimensions formed from the
2515 measured values in the data set, and the principal component is the one with the
2516 greatest magnitude, or length. The sets of measurements that differ the most
2517 should lie at either end of this principal axis, and the other axes correspond
2518 to less extreme patterns of variation in the data set.
2519 In this case, the components are generated by an eigenvector decomposition of
2520 the matrix formed from the sum of pairwise substitution scores at each aligned
2521 position between each pair of sequences. The basic method is described in the
2522 1995 paper by {\sl G. Casari, C. Sander} and {\sl A. Valencia} \footnote{{\sl
2523 Nature Structural Biology} (1995) {\bf 2}, 171-8.
2524 PMID: 7749921} and implemented at the SeqSpace server at the EBI.
2525
2526 Jalview provides two different options for the PCA calculation. Protein PCAs are
2527 by default computed using BLOSUM 62 pairwise substitution scores, and nucleic
2528 acid alignment PCAs are computed using a score model based on the identity
2529 matrix that also treats Us and Ts as identical, to support analysis of both RNA
2530 and DNA alignments. The {\sl Change Parameters} menu also allows the calculation
2531 method to be toggled between SeqSpace and a variant calculation that is detailed
2532 in Jalview's built in documentation.\footnote{See
2533 \url{http://www.jalview.org/help/html/calculations/pca.html}.}
2534
2535 \subsubsection{The PCA Viewer}
2536
2537 PCA analysis can be launched from the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Principal
2538 Component Analysis} menu option. {\bf PCA requires a selection containing at
2539 least 4 sequences}.  A window opens containing the PCA tool (Figure \ref{PCA}).
2540 Each sequence is represented by a small square, coloured by the background
2541 colour of the sequence ID label. The axes can be rotated by clicking and
2542 dragging the left mouse button and zoomed using the $\uparrow$ and $\downarrow$
2543 keys or the scroll wheel of the mouse (if available).  A tool tip appears if the
2544 cursor is placed over a sequence. Sequences can be selected by clicking on them.
2545 [CTRL]-Click can be used to select multiple sequences.
2546
2547 Labels will be shown for each sequence by toggling the {\sl View $\Rightarrow$
2548 Show Labels} menu option, and the plot background colour changed {\sl via} the
2549 {\sl View $\Rightarrow$ Background Colour..} dialog box. A graphical
2550 representation of the PCA plot can be exported as an EPS or PNG image {\sl via}
2551 the {\sl File $\Rightarrow$ Save As $\Rightarrow$ \ldots } submenu.
2552
2553 \exercise{Principal Component Analysis}
2554 { \exstep{Load the alignment at
2555 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}.}
2556 \exstep{Select the menu option {\sl Calculate $\Rightarrow$ Principal Component
2557 Analysis}.
2558 A new window will open. Move this window within the desktop so that the tree,
2559 alignment and PCA viewer windows are all visible.
2560 Try rotating the plot by clicking and dragging the mouse on the plot in the PCA window.
2561 Note that clicking on points in the plot will highlight the sequences on the
2562 alignment.
2563 } \exstep{ Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$
2564 Neighbour Joining Using BLOSUM62}. A new tree window will appear.
2565 Place the mouse cursor on the tree window so that the
2566 tree partition location will divide the alignment into a number of groups, each of a different colour.
2567 Note how the colour of the sequence ID label matches both the colour of
2568 the partitioned tree and the points in the PCA plot.} 
2569 {\bf See the video at:
2570 \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
2571 }
2572
2573 \begin{figure}[hbtp]
2574 \begin{center}
2575 \includegraphics[width=2in]{images/PCA1.pdf}
2576 \includegraphics[width=3in]{images/PCA3.pdf}
2577 \caption{{\bf PCA Analysis.} }
2578 \label{PCA}
2579 \end{center}
2580 \end{figure}
2581
2582
2583
2584 \subsubsection{PCA Data Export}
2585 Although the PCA viewer supports export of the current view, the plots produced
2586 are rarely suitable for direct publication. The PCA viewer's {\sl File} menu
2587 includes a number of options for exporting the PCA matrix and transformed points
2588 as comma separated value (CSV) files. These files can be imported by tools such
2589 as {\bf R} or {\bf gnuplot} in order to graph the data.
2590
2591 \section{Trees}
2592 \label{trees}
2593 Jalview can calculate and display trees, providing interactive tree-based
2594 grouping of sequences though a tree viewer. All trees are calculated {\sl via}
2595 the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ \ldots} submenu.
2596 Trees can be calculated from distance matrices determined from \% identity or
2597 aggregate BLOSUM 62 score using either {\sl Average Distance} (UPGMA) or {\sl
2598 Neighbour Joining} algorithms. The input data for a tree is either the selected
2599 region or the whole alignment, excluding any hidden regions.
2600
2601 On calculating a tree, a new window opens (Figure \ref{trees1}) which contains
2602 the tree. Various display settings can be found in the tree window {\sl View}
2603 menu, including font, scaling and label display options. The {\sl File
2604 $\Rightarrow$ Save As} submenu contains options for image and Newick file
2605 export. Newick format is a standard file format for trees which allows them to
2606 be exported to other programs.  Jalview can also read in external trees in
2607 Newick format {\sl via} the {\sl File $\Rightarrow$ Load Associated Tree} menu
2608 option. Leaf names on imported trees will be matched to the associated alignment
2609 - unmatched leaves will still be displayed, and can be highlighted using the
2610 {\sl View $\Rightarrow$ Mark Unlinked Leaves} menu option.
2611
2612
2613 \begin{figure}
2614 \begin{center}
2615 \includegraphics[width=2.5in]{images/trees1.pdf}
2616 \includegraphics[width=2.5in]{images/trees2.pdf}
2617 \includegraphics[width=1.25in]{images/trees4.pdf}
2618 \caption{{\bf Calculating Trees} Jalview provides a range of options 
2619 for calculating trees.
2620 Jalview can also load precalculated trees in Newick format (right).}
2621 \label{trees1}
2622 \end{center}
2623 \end{figure}
2624
2625
2626 Clicking on the tree brings up a cursor across the height of the tree. The
2627 sequences are automatically partitioned and coloured (Figure \ref{trees2}). To
2628 group them together, select the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Sort $\Rightarrow$
2629 By Tree Order $\Rightarrow$ \ldots} alignment window menu option and choose the
2630 correct tree. The sequences will then be sorted according to the leaf order
2631 currently shown in the tree view. The coloured background to the sequence IDs
2632 can be removed with {\sl Select $\Rightarrow$ Undefine Groups} from the
2633 alignment window menu. Note that tree partitioning will also remove any groups
2634 and colourschemes on a view, so create a new view ([CTRL-T]) if you wish to
2635 preserve these.
2636
2637 \begin{figure}
2638 \begin{center}
2639 \includegraphics[width=5in]{images/trees3.pdf}
2640 \caption{{\bf Interactive Trees} The tree level cutoff can be used to designate
2641 groups in Jalview.}
2642 \label{trees2}
2643 \end{center}
2644 \end{figure}
2645
2646 %\subsubsection{Multiple Views and Input Data recovery from PCA and Tree Viewers}
2647 % move to ch. 3 ?
2648 %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.
2649
2650 \subsubsection{Recovering input Data for a Tree or PCA Plot Calculation}
2651 \parbox[c]{5in}{
2652 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. 
2653 }
2654 \parbox[c]{1.25in}{\centerline{\includegraphics[width=1.25in]{images/pca_fmenu.pdf}
2655 }}
2656
2657 \subsubsection{Changing the associated View for a Tree or PCA Viewer}
2658 \parbox[c]{4in}{
2659 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. 
2660 } \parbox[c]{3in}{\centerline{
2661 \includegraphics[width=2.5in]{images/pca_vmenu.pdf} }}
2662
2663 \subsection{Tree Based Conservation Analysis}
2664 \label{treeconsanaly}
2665
2666 Trees reflect the pattern of global sequence similarity exhibited by the
2667 alignment, or region within the alignment, that was used for their calculation.
2668 The Jalview tree viewer enables sequences to be partitioned into groups based
2669 on the tree. This is done by clicking within the tree viewer window. Once subdivided, the
2670 conservation between and within groups can be visually compared in order to
2671 better understand the pattern of similarity revealed by the tree and the
2672 variation within the clades partitioned by the grouping. The conservation based
2673 colourschemes and the group associated conservation and consensus annotation
2674 (enabled using the alignment window's {\sl View $\Rightarrow$ Autocalculated
2675 Annotation $\Rightarrow$ Group Conservation} and {\sl Group Consensus} options)
2676 can help when working with larger alignments.
2677
2678 \exercise{Trees}
2679 {Ensure that you have at least 1G memory available in Jalview.
2680
2681 {\sl (Start with 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 table, go to ``latest official build'' row and ``Webstart'' column, click
2686 on ``2G''.)}
2687
2688 \exstep{Open the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. 
2689 Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ Neighbour
2690 Joining Using BLOSUM62}. A tree window opens.} 
2691 \exstep{Click on the
2692 tree window, a cursor will appear. Note that placing this cursor divides the tree into a number of groups by colour.
2693 Place the cursor to give about 4 groups.}
2694 \exstep{In the alignment window, select
2695 {\sl Calculate $\Rightarrow$ Sort $\Rightarrow$ By Tree Order $\Rightarrow$ Neighbour Joining Tree using BLOSUM62 from... }. The sequences are 
2696 reordered to match the order in the tree and groups are formed implicitly.
2697 Alternatively in the tree window, select {\sl View $\Rightarrow$ Sort Alignment
2698 by Tree}.} 
2699 \exstep{Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree
2700 $\Rightarrow$ Neighbour Joining Using \% Identity}. A new tree window will
2701 appear. The group colouring makes it easy to see the differences between the two
2702 trees calculated by the different methods.}
2703 \exstep{Select from sequence 2
2704 column 60 to sequence 12 column 123. Select  {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ Neighbour Joining Using BLOSUM62}.
2705  A new tree window will appear. The tree contains 11 sequences. It has been coloured according to the already
2706  selected groups from the first tree and is calculated purely from the residues
2707  in the selection.}
2708
2709 Comparing the location of individual sequences between the three trees illustrates the importance of selecting appropriate regions of the 
2710 alignment for the calculation of trees.
2711
2712 {\bf See the video at:
2713 \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
2714 }
2715
2716 \exercise{Pad Gaps in an Alignment}{
2717 \exstep{Open the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. In alignment window, ensure that the {\sl Edit $\Rightarrow$
2718 Pad Gaps } option is {\sl not} ticked, and insert one gap anywhere in the
2719 alignment.}
2720 \exstep{Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$
2721 Neighbour Joining Using BLOSUM62}.
2722
2723 A warning dialog box {\bf ``Sequences not aligned'' } appears because the sequences input to the tree calculation are of different lengths. }
2724
2725 \exstep{Select {\sl Edit $\Rightarrow$ tick Pad Gaps } and perform the
2726 tree calculation again. This time a new tree should appear - because padding
2727 gaps ensures all the sequences are the same length after editing.}
2728 {\sl Pad Gaps } option
2729 can be set in Preferences using
2730 {\sl Tool $\Rightarrow$ Preference $\Rightarrow$ Editing}.
2731
2732 {\bf See the video at:
2733 \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
2734 }
2735
2736 \exercise{Tree Based Conservation Analysis}{
2737 \label{consanalyexerc}
2738 \exstep{Load the PF03460 PFAM seed alignment using the sequence fetcher. 
2739 Select {\sl Colour $\Rightarrow$ Taylor $\Rightarrow$ By Conservation}, set {\sl Conservation} shading threshold at around 20. }
2740 \exstep{Build a Neighbour joining tree using Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$
2741 Neighbour Joining Using BLOSUM62}.}
2742 \exstep{Use the mouse cursor to select a point on the tree to partition the
2743 alignment into several sections.}
2744 \exstep {Select {\sl View $\Rightarrow$ Sort Alignment By Tree} option in the
2745 tree window to re-order the sequences in the alignment using the calculated
2746 tree.
2747 Examine the variation in colouring between different groups of sequences in the alignment
2748 window. }
2749 \exstep {You may find it easier to browse the alignment if you first uncheck the
2750 {\sl Annotations $\Rightarrow$ Show Annotations} option. Open the
2751 Overview Window within the View menu to aid navigation.}
2752
2753 \exstep{Try changing the colourscheme of the residues in the alignment to
2754 BLOSUM62 (whilst ensuring that {\sl Apply Colour to All Groups} is selected).}
2755 {\sl Note: You may want to save the alignment and tree as a project file, since
2756 it is used in the next set of exercises. }
2757
2758 {\bf See the video at:
2759 \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
2760 }
2761
2762
2763 \subsection{Redundancy Removal}
2764
2765 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.}.
2766 \begin{figure}
2767 \begin{center}
2768 \includegraphics[width=5.5in]{images/redundancy.pdf}
2769 \end{center}
2770 \label{removeredundancydialog}
2771 \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.}
2772 \end{figure}
2773
2774
2775 \subsection{Subdividing the Alignment According to Specific Mutations}
2776
2777 It is often necessary to explore variations in an alignment that may correlate
2778 with mutations observed in a particular region; for example, sites exhibiting
2779 single nucleotide polymorphism, or residues involved in substrate recognition in
2780 an enzyme. One way to do this would be to calculate a tree using the specific
2781 region, and subdivide it in order to partition the alignment.
2782 However, calculating a tree can be slow for large alignments, and the tree may
2783 be difficult to partition when complex mutation patterns are being analysed. The
2784 {\sl Select $\Rightarrow$ Make groups for selection } function was introduced to
2785 make this kind of analysis easier. When selected, it will use the characters in
2786 the currently selected region to subdivide the alignment. For example, if a
2787 single column is selected, then the alignment (or each group defined on the
2788 alignment) will be divided into groups based on the residue or nucleotide found
2789 at that position. These new groups are annotated with the characters in the
2790 selected region, and Jalview's group based conservation analysis annotation and
2791 colourschemes can then be used to reveal any associated pattern of sequence
2792 variation across the whole alignment.
2793
2794
2795 % These annotations can be hidden and deleted via the context menu linked to the
2796 % annotation row; but they are only created on loading an alignment. If they are
2797 % deleted then the alignment should be saved and then reloaded to restore them.
2798 % Jalview provides a toggle to autocalculate a consensus sequence upon editing.
2799 % This is normally selected by default, but can be turned off for large alignments {\sl via} the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Autocalculate
2800 % Consensus} menu option if the interface is too slow.
2801
2802 % \subsubsection{Group Associated Annotation}
2803 % \label{groupassocannotation}
2804 % Group associated consensus and conservation annotation rows reflect the
2805 % sequence variation within a particular group. Their calculation is enabled
2806 % by selecting the {\sl Group Conservation} or {\sl Group Consensus} options in
2807 % the {\sl Annotation $\Rightarrow$ Autocalculated Annotation } submenu of the
2808 % alignment window. 
2809
2810 % \subsubsection{Alignment and Group Sequence Logos}
2811 % \label{seqlogos}
2812
2813 % The consensus annotation row that is shown below the alignment can be overlaid
2814 % with a sequence logo that reflects the symbol distribution at each column of
2815 % the alignment. Right click on the Consensus annotation row and select the {\sl
2816 % Show Logo} option to display the Consensus profile for the group or alignment.
2817 % Sequence logos can be enabled by default for all new alignments {\sl via} the
2818 % Visual tab in the Jalview desktop's preferences dialog box.
2819
2820 \section{Pairwise Alignments}
2821 Jalview can calculate optimal pairwise alignments between arbitrary 
2822 sequences {\sl via} the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Pairwise Alignments\ldots} menu option. 
2823 Global alignments of all pairwise combinations of the selected sequences are performed and the results returned in a text box.
2824
2825
2826
2827 \exercise{Remove Redundant Sequences}{
2828
2829 \exstep{Using the alignment generated in the previous exercise (exercise
2830 \ref{consanalyexerc}).
2831 In the alignment window, you may need to deselect groups using Esc key.}
2832
2833 \exstep{In the {\sl Edit} menu select {\sl Remove Redundancy} to open the
2834 Redundancy threshold selection dialog. Adjust the redundancy threshold value, start
2835 at 50 and increase the value to 65. Sequences selected will change colour in the Sequence ID panel. Select ``Remove'' to
2836 remove the sequences that are more than 65\% similar under this alignment.}
2837
2838 \exstep{From the tree window, select {\sl View $\Rightarrow$
2839 Mark Unlinked Leaves} option, and note that the removed sequences are now prefixed with a * in the tree view.} \exstep{Use the [Undo] button in the Redundancy threshold selection dialog box
2840 to recover the sequences. Note that the * symbols disappear from the tree display.}
2841 \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.}
2842 }
2843
2844 \exercise{Group Conservation Analysis}{
2845 \exstep{Re-use or recreate the alignment and tree which you worked with in the
2846 tree based conservation analysis exercise (exercise \ref{consanalyexerc}).} 
2847 \exstep{In the {\sl View} menu in the alignment window, select {\sl New View} to
2848 create a new view. Ensure the annotation panel is displayed ({\sl Show annotation} in {\sl Annotations} menu). Enable the
2849 display of {\sl Group Consensus} option by checking {\sl Group Consensus} in the {\sl Annotation $\Rightarrow$
2850 Autocalculated Annotation } submenu in the alignment window.}
2851 \exstep{Displaying the sequence 
2852 logos will make it easier to see the different residue populations within each
2853 group. Activate the logo by right clicking on the Consensus annotation row to
2854 open the context menu and select the {\sl Show Logo} option.} 
2855 \exstep{In the column alignment ruler, select a column exhibiting about 50\%
2856 conservation that lies within the central conserved region of the alignment.
2857 (Column 74 is used in \href{https://youtu.be/m-PjynicXRg}{the Tree video}).} 
2858 \exstep{Subdivide the alignment
2859 according to this selection using {\sl Select $\Rightarrow$ Make groups for selection}.}
2860 \exstep{Re-order the alignment according to the new groups that have been
2861 defined by selecting {\sl Calculate $\Rightarrow$ Sort $\Rightarrow$
2862 By Group}.
2863
2864 Click on the group annotation row IDs to select groups exhibiting a
2865 specific mutation.}
2866 \exstep{Select another column exhibiting about 50\% conservation
2867 overall, and subdivide the alignment further. Note that the new groups
2868 inherit the names of the original groups, allowing you to identify the
2869 combination of mutations that resulted in the subdivision.}
2870 \exstep{Clear the groups, and try to subdivide the alignment using two
2871 non-adjacent columns.
2872
2873 {\sl Hint: You may need to hide the intervening columns before you can select
2874 both of the columns that you wish to use to subdivide the alignment.}}
2875 \exstep{Switch back to the original view, and experiment with subdividing
2876 the tree groups made in the previous exercise.}
2877 {\bf See the video at:
2878 \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
2879 }
2880
2881 \begin{figure}[]
2882 \begin{center}
2883 \includegraphics[width=4in]{images/pairwise.pdf}
2884 \caption{{\bf Pairwise alignment of sequences.} Pairwise alignments of three selected sequences are shown in a textbox.}
2885 \label{pairwise}
2886 \end{center}
2887 \end{figure}
2888
2889
2890 % To review, Chapter \ref{featannot} describes the mechanisms provided by
2891 % Jalview for interactive creation of sequence and alignment annotation, and how
2892 % they can be displayed, imported and exported and used to reorder the alignment. Chapter
2893 % \ref{featuresfromdb} discusses the retrieval of database references and
2894 % establishment of sequence coordinate systems for the retrieval and display of
2895 % features from databases and DAS annotation services.
2896 % Chapter \ref{msaservices} describes how to use the range of multiple alignment
2897 % programs provided by JABAWS, and Chapter \ref{aacons} introduces JABAWS AACon
2898 % service for protein multiple alignment conservation analysis.
2899 %  In Chapter \ref{alignanalysis}, you will find
2900 % descriptions and exercises on building and displaying trees, PCA analysis,
2901 % alignment redundancy removal, pairwise alignments and alignment conservation
2902 % analysis. 
2903 % Chapter \ref{wkwithstructure} introduces the structure visualization
2904 % capabilities of Jalview.
2905 % Chapter \ref{protsspredservices} explains how to perform protein secondary
2906 % structure predictions with JPred, and JABAWS protein disorder prediction
2907 % services are introduced in Chapter \ref{protdisorderpred}.
2908 % Chapter \ref{workingwithnuc} describes functions and visualization techniques
2909 % relevant to working with nucleotide sequences, coding region annotation and nucleotide
2910 % sequence alignments.
2911 % Chapter \ref{jvwebservices} introduces the various web based services
2912 % available to Jalview users, and Chapter \ref{jabaservices} explains how to
2913 % configure the Jalview Desktop for access to new JABAWS servers.
2914
2915
2916 % and Section \ref{workingwithrna} covers the visualization,
2917 % editing and analysis of RNA secondary structure.
2918
2919 \chapter{Working with 3D structures}
2920 \label{3Dstructure}
2921 \label{wkwithstructure}
2922 Jalview facilitates the use of 3D structure data for the analysis of alignments
2923 by providing a linked view of structures associated with the aligned sequences.
2924 It also allows sequence, secondary structure and B-factor data to be imported
2925 from structure files, and supports the use of the EMBL-EBI's SIFTS database to
2926 construct accurate mappings between UniProt protein sequences and structures
2927 retrieved from the PDB.
2928
2929 \section{Molecular graphics systems supported by Jalview}
2930 Jalview can interactively view 3D structure using Jmol, a Java based molecular
2931 viewing program\footnote{See the Jmol homepage \url{http://www.jmol.org} for
2932 more information.} integrated with Jalview.\footnote{Earlier
2933 versions of Jalview included MCView - a simple main chain structure viewer.
2934 Structures are visualized as an alpha carbon trace and can be viewed, rotated
2935 and coloured in a structure viewer and the results interpreted on a sequence
2936 alignment.} It also supports the use of UCSF Chimera, a powerful molecular
2937 graphics system that needs separate installation. Jalview can also read PDB and
2938 mmCIF format files directly to extract sequences and secondary structure
2939 information, and retrieve records from the European Protein
2940 Databank (PDBe) using the Sequence Fetcher (see \ref{fetchseq}).
2941
2942 \subsection{Configuring the default structure viewer}
2943 \label{configuring3dviewer}
2944 To configure which viewer is used when creating a new
2945 structure view, open the Structures preferences window {\sl via} {\sl Tools $\Rightarrow$ Preferences\ldots} and
2946 select either JMOL or CHIMERA as the default viewer. If you select Chimera,
2947 Jalview will search for the installed program, and if it cannot be found,
2948 you will be prompted to locate the Chimera binary, or directed to the UCSF
2949 Chimera download page.
2950
2951 \section{Automatic Association of PDB Structures with Sequences}
2952 Jalview can automatically determine which structures are associated with a
2953 sequence via its ID, and any associated database references. To do this, open
2954 the Sequence ID popup menu and select {\sl View 3D Structure}, to open the 3D
2955 Structure Chooser. 
2956 %(Figure\ref{auto}). 
2957
2958 When the structure chooser is first opened, if no database identifiers are
2959 available, Jalview will attempt to discover identifiers for the sequence and from there discover any
2960 associated PDB structures. This can take a few seconds for each sequence and
2961 will be performed for all selected sequences. After this is done, you can see
2962 the added database references in a tool tip by mousing over the sequence
2963 ID\footnote{Tip:
2964 If sequence ID tooltip obscures your view, then use the {\sl View $\Rightarrow$ Sequence ID Tooltip $\Rightarrow$ } 
2965 submenu option to disable the display of database cross references or non-positional
2966 features. }, now shows the Uniprot ID and any associated PDB structures. 
2967
2968 % \begin{figure}[htbp]
2969 % \begin{center}
2970 % %TODO fix formatting
2971 % \begin{center} 
2972 % \includegraphics[width=3.5in]{images/pdbstructurechooser.pdf}
2973 % \end{center}
2974
2975
2976 % \caption{{\bf The PDB Structure Chooser dialog.} }
2977 % \label{auto}
2978 % \end{center}
2979 % \end{figure}
2980
2981 \subsection{Drag-and-Drop Association of PDB Files with Sequences by Filename
2982 Match}
2983 \label{multipdbfileassoc}
2984 If one or more PDB files stored on your computer are dragged from their location
2985 on the file browser onto an alignment window, Jalview will search the alignment
2986 for sequences with IDs that match any of the files dropped onto the alignment.
2987 If it discovers matches, a dialog like the one in Figure
2988 \ref{multipdbfileassocfig} is shown, giving the option of creating associations
2989 for the matches.
2990
2991 If no associations are made, then sequences extracted
2992 from the structure will be simply added to the alignment. However, if only
2993 some of the PDB files are associated, Jalview will raise another dialog box
2994 giving you the option to add any remaining sequences from the PDB structure files not present in
2995 the alignment. This allows you to easily decorate sequences in a newly imported
2996 alignment with any corresponding structures you've already collected in a directory
2997 accessible from your computer.\footnote{We plan to extend this facility in
2998 future so Jalview will automatically search for PDB files matching your
2999 sequence within a local directory. Check out 
3000 \href{http://issues.jalview.org/browse/JAL-801}{Jalview issue 801}}
3001
3002 % 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 ...
3003 % JBP: yes there is - under 'Discovery of ' subsection.
3004 \begin{figure}[htbp]
3005 \begin{center}
3006 \includegraphics[]{images/pdbdragdropassoc.pdf}
3007
3008 \caption{{\bf Associating PDB files with sequences by drag-and-drop.} Dragging
3009 PDB files onto an alignment of sequences with names matching the dragged files
3010 names (A), results in a dialog box (B) that gives the option to associate each
3011 file with any sequences with matching IDs. }
3012 \label{multipdbfileassocfig}
3013 \end{center}
3014 \end{figure}
3015
3016
3017 \section{Viewing Structures}
3018 \label{viewAllStructures}
3019 The structure viewer is launched from the sequence ID context
3020 menu. To view a particular structure associated with a sequence in the
3021 alignment, select the sequence and right click the mouse to open context
3022 menu {\sl Structure $\Rightarrow$ 3D Structure data $\Rightarrow$} opens a Structure Chooser dialog box.
3023 The second way is most useful if you want to view all structural data available for
3024 a set of sequences in an alignment. Select all the sequence ids in the sequence
3025 ID panel and right click the mouse to open context
3026 menu {\sl Structure $\Rightarrow$ 3D Structure data $\Rightarrow$}. If any of
3027 the {\bf currently selected} sequences have structures associated they will
3028 appear in the Structure Chooser dialog box. The structures can be ranked by
3029 different parameters, 'Best Quality' is defaul option. Select the
3030 structures required and click {\sl View} to open a structure viewer containing
3031 the associated structures superposed according to the alignment.
3032
3033 The structure to be displayed will be downloaded or loaded from
3034 the local file system, and shown as a ribbon diagram coloured according to the
3035 associated sequence in the current alignment view (Figure \ref{structure}
3036 (right)). The structure can be rotated by clicking and dragging in the structure
3037 window. The structure can be zoomed using the mouse scroll wheel or by
3038 [SHIFT]-dragging the structure.
3039 Moving the mouse cursor over a sequence to which the structure is linked in the
3040 alignment view highlights the respective residue's sidechain atoms. The
3041 sidechain highlight may be obscured by other parts of the molecule. Similarly,
3042 moving the cursor over the structure shows a tooltip and highlights the
3043 corresponding residue in the alignment. Clicking the alpha carbon or phosphorous
3044 backbone atom will toggle the highlight and residue label on and off. Often, the
3045 position highlighted in the sequence may not be in the visible portion of the
3046 current alignment view and the sliders will scroll automatically to show the
3047 position. If the alignment window's {\sl View $\Rightarrow$ Automatic Scrolling
3048 } option is not selected, however, then the automatic adjustment will be
3049 disabled for the current view.
3050
3051 \begin{figure}[htbp]
3052 \begin{center}
3053 \parbox{3in}{
3054 {\centering 
3055 \begin{center}
3056 \includegraphics[scale=0.5]{images/structure1.pdf}
3057 \end{center}
3058 }
3059 }
3060 \parbox{3.2in}{
3061 {\centering 
3062 \begin{center}
3063 \includegraphics[width=3in]{images/structure2.pdf}
3064 \end{center}
3065 }
3066 }
3067 \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). }
3068 \label{structure}
3069 \end{center}
3070 \end{figure}
3071
3072 \subsection{Customising Structure Display}
3073
3074 Structure display can be modified using the {\sl Colour} and {\sl View} menus
3075 in the structure viewer. The background colour can be modified by selecting the
3076 {\sl Colours $\Rightarrow$ Background Colour\ldots} option.
3077
3078 By default, the structure will be coloured in the same way as the associated
3079 sequence(s) in the alignment view from which it was launched. The structure can
3080 be coloured independently of the sequence by selecting an appropriate colour
3081 scheme from the {\sl Colours} menu. It can be coloured according to the
3082 alignment using the {\sl Colours $\Rightarrow$ By Sequence } option. The image
3083 in the structure viewer can be saved as an EPS or PNG with the {\sl File
3084 $\Rightarrow$ Save As $\Rightarrow$ \ldots} submenu, which also allows the raw
3085 data to be saved as PDB format. The mapping between the structure and the
3086 sequence (how well and which parts of the structure relate to the sequence) can
3087 be viewed with the {\sl File $\Rightarrow$ View Mapping} menu option.
3088
3089 \subsubsection{Using the Jmol Visualization Interface }
3090
3091 Jmol has a comprehensive set of selection and visualization functions that are
3092 accessed from the Jmol popup menu (by right-clicking in the Jmol window or by
3093 clicking the Jmol logo). Molecule colour and rendering style can be manipulated,
3094 and distance measurements and molecular surfaces can be added to the view. It
3095 also has its own ``Rasmol\footnote{See \url{http://www.rasmol.org}}-like'' scripting
3096 language, which is described elsewhere\footnote{Jmol Wiki:
3097 \url{http://wiki.jmol.org/index.php/Scripting}
3098
3099 Jmol Scripting reference:
3100 \url{http://www.stolaf.edu/academics/chemapps/jmol/docs/}}. Jalview utilises the
3101 scripting language to interact with Jmol and to store the state of a Jmol
3102 visualization within Jalview archives, in addition to the PDB data file
3103 originally loaded or retrieved by Jalview. To access the Jmol scripting
3104 environment directly, use the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Console} menu option.
3105
3106 If you would prefer to use Jmol to manage structure colours, then select the
3107 {\sl Colours $\Rightarrow$ Colour with Jmol} option. This will disable any
3108 automatic application of colour schemes when new structure data is added, or
3109 when associated alignment views are modified.
3110
3111 \exercise{Viewing Structures with the integrated Jmol
3112 Viewer}{\label{viewingstructex} \exstep{Load the alignment at
3113 \textsf{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}.}
3114 \exstep{Right-click on the
3115 sequence ID label of {\sl FER1\_SPIOL} to open
3116 the ID popup menu and select {\sl 3D Structure}. After a short pause, a
3117 Structure Chooser dialog will open for the sequence, listing available
3118 structure data from the PDB. Select { \sl 1A70} from the list and click {\sl
3119 View}.
3120
3121 {\sl The Structure Chooser dialog presents available PDB structures
3122 by querying the EMBL-EBI's PDBe web API. Extra information can be
3123 including in this window by checking boxes in the columns of the ``Customise Displayed Options'' tab}.
3124 % JBP Note: Bug JAL-1238 needs to be fixed ASAP
3125 }
3126 \exstep{By default the Jmol
3127 structure viewer opens in the Jalview desktop. Rotate the molecule by clicking
3128 and dragging in the structure viewing box.
3129 Zoom with the mouse scroll wheel. } 
3130 \exstep{Roll the
3131 mouse cursor along the {\sl FER1\_SPIOL} sequence in the alignment.
3132 Note that if a residue in the sequence maps to one in the structure, a label
3133 will appear next to that residue in the structure viewer.}
3134 \exstep{Move the mouse over the structure. In the Jmol viewer, placing the mouse over a
3135 part of the structure will bring up a tool tip indicating the name and number of that residue.
3136 In the alignment window, the corresponding residue in the sequence is
3137 highlighted in black.}
3138 \exstep{Clicking the alpha carbon toggles the highlight and residue label on and
3139 off.
3140 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. }
3141 \exstep{In the structure viewer menu, select {\sl Colours $\Rightarrow$ Background
3142 Colour\ldots} and choose a suitable colour.
3143 Press {\sl OK} to apply this.}
3144 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Save As $\Rightarrow$ PNG} and save the
3145 image. On your computer, view this with a suitable program. } 
3146 \exstep{Select
3147 {\sl File $\Rightarrow$ View Mapping} from the structure viewer menu.
3148 A new window opens showing the residue by residue alignment between the sequence and the structure.} 
3149 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Save $\Rightarrow$ PDB file} and choose a new filename to save the PDB file. 
3150 Once the file is saved, open the location in your file browser (or explorer
3151 window) and drag the PDB file that you just saved on to the Jalview desktop (or load it from the {\sl Jalview Desktop $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From File } menu). 
3152 Verify that you can open and view the associated structure from the sequence ID
3153 context menu's {\sl 3D Structure } submenu in the new alignment window.}
3154
3155 \exstep{In the Jmol window, right click on the structure window and explore the
3156 menu options. Try to change the style of molecular display - for example by
3157 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.} 
3158 \exstep{In the alignment window, use the {\sl File $\Rightarrow$ Save As.. }
3159 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.
3160 Verify that the Jmol display is as it was when you just saved the file.}
3161 {\bf See the video at:
3162 \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
3163 }
3164
3165 \exercise{Setting Chimera as the default 3D Structure Viewer}{\label{viewingchimera} 
3166 Jalview supports molecular structure
3167 visualization using both Jmol and Chimera 3D viewers. Jmol is the default
3168 viewer, however Chimera can be set up as the default choice from Preferences.
3169
3170 \exstep{First, Chimera must be downloaded and installed on the computer.
3171 Chimera program is available on the UCSF web site \textsf{https://www.cgl.ucsf.edu/chimera/download.html}.}
3172 \exstep{In the desktop menu, select {\sl Tool  $\Rightarrow$ Preferences}. In
3173 the ``{\sl
3174 Structure}'' tab set {\sl Default structure viewer} as {\sl
3175 Chimera}; then click {\sl OK}.} 
3176 \exstep{Close the Jalview program, from the
3177 {\sl Desktop menu} select {\sl Jalview $\Rightarrow$ Quit Jalview}. Then reopen
3178 Jalview, Chimera should open as the default viewer.}
3179 {\sl Note: The Jmol structure viewer sits within the Jalview desktop. However
3180 the Chimera structure viewer sits outside the Jalview desktop and a Chimera
3181 view window sits inside the Jalview desktop.}
3182
3183 {\bf See the video at: \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.} }
3184
3185 \subsection{Superimposing Structures}
3186 \label{superposestructs}
3187 Many comparative biomolecular analysis investigations aim to determine if the
3188 biochemical properties of a given molecule are significantly different to its
3189 homologues. When structure data is available, comparing the shapes of molecules
3190 by superimposing them enables substructure that may impart different behaviour
3191 to be quickly identified. The identification of optimal 3D superposition
3192 involves aligning 3D data rather than sequence symbols, but the result can
3193 still be represented as a sequence alignment, where columns indicate positions
3194 in each molecule that should be superposed to recreate the optimal 3D alignment.
3195
3196 Jalview can employ Jmol's 3D fitting routines\footnote{See
3197 \href{http://chemapps.stolaf.edu/jmol/docs/?ver=12.2$\#$compare}{http://chemapps.stolaf.edu/jmol/docs/?ver=12.2$\#$compare}
3198 for more information.} to recreate 3D structure superpositions based on the
3199 correspondences defined by one or more sequence alignments involving structures shown in the Jmol display. Superposition based on the currently displayed alignment view
3200  happens automatically if a
3201 structure is added to an existing Jmol display using 
3202 the {\sl 3D Structure } option in the Sequence ID popup menu to open the
3203 Structure Chooser dialog box.
3204 Select the structures required and select {\sl View}. A new Jmol view
3205 opens containing superposed structures if the current selection contains two or more sequences with associated
3206 structures.
3207
3208 \subsubsection{Obtaining the RMSD for a Superposition}
3209 The RMSD (Root Mean Square Deviation) is a measure of how similar the structures
3210 are when they are superimposed. Figure \ref{mstrucsuperposition} shows a
3211 superposition created during the course of Exercise \ref{superpositionex}. The
3212 parts of each molecule used to construct the superposition are rendered using
3213 the cartoon style, with other parts of the molecule drawn in wireframe. The Jmol
3214 console, which has been opened after the superposition was performed, shows the
3215 RMSD report for the superposition.
3216 Full information about the superposition is also reported on the Jalview
3217 console.\footnote{The Jalview Java Console is opened from {\sl Tools
3218 $\Rightarrow$ Java Console} option in the Desktop's menu bar} This output also
3219 includes the precise atom pairs used to superpose structures.
3220
3221 \subsubsection{Choosing which part of the Alignment is used for Structural
3222 Superposition} Jalview uses the visible part of each alignment view to define
3223 which parts of each molecule are to be superimposed. Hiding a column in a view
3224 used for superposition will remove that correspondence from the set, and will
3225 exclude it from the superposition and RMSD calculation.
3226 This allows the selection of specific parts of the alignment to be used for
3227 superposition. Only columns that define a complete set of correspondences for
3228 all structures will be used for structural superposition, and as a consequence,
3229 the RMSD values generated for each pair of structures superimposed can be
3230 directly compared.
3231
3232 In order to recompute a superposition after changing a view or editing the
3233 alignment, select the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Align Structures} menu option.
3234 The {\sl Jmol $\Rightarrow$ Superpose with ..} submenu allows you to choose which of the
3235 associated alignments and views are to be used to create the set of
3236 correspondences. This menu is useful when composing complex superpositions
3237 involving multi-domain and multi-chain complexes, when correspondences may be
3238 defined by more than one alignment.
3239
3240 Note that these menu options appear when you have two or more structures in one Jmol viewer.
3241
3242 \begin{figure}[htbp]
3243 \begin{center}
3244 \includegraphics[width=5.5in]{images/fdxsuperposition.pdf}
3245 \caption{{\bf Superposition of two ferredoxin structures.} The alignment on the
3246 left was used by Jalview to superpose structures associated with the
3247 FER1\_SPIOL and FER1\_MAIZE sequences in the alignment. Parts of each structure
3248 used for superposition are rendered as a cartoon, the remainder rendered in
3249 wireframe. The RMSD between corresponding positions in the structures before and
3250 after the superposition is shown in the Jmol console.}
3251 \label{mstrucsuperposition}
3252 \end{center}
3253 \end{figure}
3254
3255 \subsection{Colouring Structure Data Associated with Multiple Alignments and
3256 Views} Normally, the original view from which a particular structure view was
3257 opened will be the one used to colour structure data. If alignments involving
3258 sequences associated with structure data shown in a Jmol have multiple views, Jalview gives you full control
3259 over which alignment, or alignment view, is used to colour the structure
3260 display. Sequence-structure colouring associations are
3261 changed {\sl via} the {\sl View $\Rightarrow$ Colour by ..} menu, which lists all
3262 views associated with data shown in the embedded Jmol view. A tick is shown beside
3263 views currently used as colouring source, and moving the
3264 mouse over each view will bring it to the front of the alignment display,
3265 allowing you to browse available colour sources prior to selecting one. If the
3266 {\sl Select many views} option is selected, then multiple views can be selected as sources for colouring the
3267 structure data. {\sl Invert selection} and {\sl Select all views} options are also provided to quickly change between multi-view selections.
3268
3269 Note that the {\sl Select many views} option is useful if you have different
3270 views that colour different areas or domains of the alignment. This option is
3271 further explored in Section \ref{complexstructurecolours}.
3272
3273
3274 \exercise{Aligning Structures using the Ferredoxin
3275 Sequence Alignment}{\label{superpositionex}
3276
3277 \exstep{Continue with the Jalview project created in exercise
3278 \ref{viewingstructex}}
3279
3280 \exstep{Open the 3D Structure chooser dialog from the popup menu for FER1\_SPIOL
3281 by right-clicking its ID (CMD-click on Macs), and selecting {\sl $\Rightarrow$
3282 3D Structure Data \ldots } }
3283
3284 \exstep{Pick 1A70 from the Structure Chooser dialog, and click the {\bf View}
3285 button. Jalview will give you the option of aligning the
3286 structure to the one already open. To superimpose the structure associated with
3287 FER1\_MAIZE with the one associated with FER1\_SPIOL, press {\sl Yes}.
3288
3289 {\sl The Jmol view should update to show both structures, and one will be
3290 moved on to the other. If this doesn't happen, use the Align function in the
3291 Jmol submenu}.
3292 }
3293
3294 \exstep{Create a new view on the alignment, and hide all but columns 121
3295 through to 132 (you can do this via {\sl View $\Rightarrow$ Hide $\Rightarrow$
3296 All but selected region}).}
3297 \exstep{Select the newly created view in the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Superpose
3298 With } submenu, and then recompute the superposition with {\sl Jmol
3299 $\Rightarrow$ Align Structures}.
3300
3301 {\sl Note how the molecules shift position when superposed with only a small
3302 region of the alignment.}}
3303
3304 \exstep{Compare RMSDs obtained when superimposing molecules with
3305 columns 121-132 and with the whole alignment.}
3306
3307 \exstep{The RMSD report can be
3308 viewed by right clicking the mouse on Jmol window, and select {\sl
3309 Console} from the menu (if nothing is shown, recompute the superposition after
3310 displaying the console).
3311
3312 Which view do you think give the best 3D superposition, and why ?} }
3313
3314 \begin{figure}[htbp]
3315 \begin{center}
3316 \includegraphics[width=5.5in]{images/mviewstructurecol.pdf}
3317 \caption{{\bf Choosing a different view for colouring a structure display}
3318 Browsing the {\sl View $\Rightarrow$ Colour by ..} menu provides full control
3319 of which alignment view is used to colour structures when the {\sl Colours
3320 $\Rightarrow$ By Sequence} option is selected.}
3321 \label{mviewstructurecol}
3322 \end{center}
3323 \end{figure}
3324
3325 \subsubsection{Colouring Complexes}
3326 \label{complexstructurecolours}
3327 The ability to control which multiple alignment view is used to colour
3328 structural data is essential when working with data relating to
3329 multidomain biomolecules and complexes. 
3330
3331 In these situations, each chain identified in the structure may have a different
3332 evolutionary history, and a complete picture of functional variation can
3333 only be gained by integrating data from different alignments on the same
3334 structure view. An example of this is shown in Figure
3335 \ref{mviewalcomplex}, based on data from Song et. al.\footnote{Structure of
3336 DNMT1-DNA Complex Reveals a Role for Autoinhibition in Maintenance DNA Methylation. Jikui Song, Olga Rechkoblit, Timothy H. Bestor, and Dinshaw J. Patel.
3337 {\sl Science} 2011 {\bf 331} 1036-1040
3338 \href{http://www.sciencemag.org/content/331/6020/1036}{DOI:10.1126/science.1195380}}
3339
3340 \begin{figure}[htbp]
3341 \begin{center}
3342 \includegraphics[]{images/mchainstructureview.pdf}
3343 \caption{{\bf The biological assembly of Mouse DNA Methyltransferase-1 coloured
3344 by Pfam alignments for its major domains} Alignments for each domain within the
3345 Uniprot sequence DNMT1\_MOUSE have been used to visualise sequence conservation
3346 in each component of this protein-DNA complex. Instructions for recreating this figure are given in exercise \ref{dnmtcomplexex}. }
3347 \label{mviewalcomplex}
3348 \end{center}
3349 \end{figure}
3350
3351 \exercise{Colouring a Protein Complex to Explore Domain-Domain
3352 Interfaces}{\label{dnmtcomplexex}
3353
3354 \exstep{Download the PDB file at
3355 \textsf{\url{http://www.jalview.org/tutorial/DNMT1\_MOUSE.pdb}} to your desktop. 
3356 This is the biological unit for PDB ID 3pt6, as identified by the PDBe's PISA
3357 server.}
3358 \exstep{Launch the Jalview desktop and ensure you have at least 1G of
3359 free memory available.
3360
3361 {\sl See section \ref{memorylimits} for how to do this or click the following
3362 link:
3363
3364 \url{http://www.jalview.org/services/launchApp?jvm-max-heap=2G} }}
3365
3366 \exstep{Retrieve the following PFAM alignments from the {\bf PFAM (full)} source
3367 :
3368 PF02008 PF01426 PF00145 (enter all three - they
3369 will each be retrieved into their own alignment window).}
3370
3371 \exstep{Drag the URL or file of the structure you
3372 downloaded in step 1 onto one of the alignments to associate it with the mouse sequence in that Pfam domain family.}
3373
3374 \exstep{Use the Find dialog to locate every DNMT1\_MOUSE sequence in the
3375 alignment and for each one, open the Structure Chooser via the ID popup
3376 menu ({\sl $\Rightarrow$ 3D Structure Data }. Select the DNMT1\_MOUSE.pdb
3377 structure from the `Cached Structures' view, and click {\bf View}.
3378
3379 {\em Part of the newly opened structure will be coloured the same way as
3380 the associated DNMT1\_MOUSE sequence is in the alignment view.}
3381
3382 {\bf WARNING: do not select all sequences and open the Structure Chooser
3383 !} {\em This will cause Jalview to attempt to discover all structures for
3384 sequences in the alignment.}
3385 }
3386 \exstep{Repeat the previous two steps for each of the other
3387 alignments. In each case, after selecting the DNMT1\_MOUSE.pdb structure and
3388 hitting the `View' button on the Structure Chooser dialog, Jalview will ask if you wish to create
3389 a new Jmol view. Respond {\bf `Yes'} each time. This will ensure ensure each sequence
3390 fragment is associated with the {\bf same} Jmol view. }
3391
3392 \exstep{Pick a different
3393 colourscheme for each alignment, and use the {\sl Colour by ..} submenu to
3394 ensure they are all used to colour the complex shown in the Jmol window.
3395
3396 {\sl The different shading schemes will allow regions of strong physicochemical conservation are
3397 highlighted on the domains in the structure.}
3398 }
3399
3400 \exstep{The final step needed to reproduce the shading in Figure
3401 \ref{mviewalcomplex} is to use the {\sl Colour $\Rightarrow$ By
3402 Annotation\ldots } option in each alignment window to shade the alignment by the
3403 {\bf Conservation} annotation row (introduced in section
3404 \ref{colourbyannotation}).
3405
3406 Ensure that you first disable the {\sl View $\Rightarrow$ Show Features} menu
3407 option, or you may not see any colour changes in the associated structure.
3408
3409 {\sl Examine the regions strongly coloured at the interfaces betweeen each
3410 protein domain, and the DNA binding region. What do you think these patterns
3411 mean ? } }
3412 \exstep{Save your work as a Jalview project and verify that it can be opened
3413 again by starting another Jalview Desktop instance, and dragging the saved
3414 project into the desktop window.}
3415
3416 % {\sl Note: This exercise relies on new features introduced in Jalview 2.7. If
3417 % you notice any strange behaviour when trying out this exercise, it may be a
3418 % bug (see
3419 % \href{http://issues.jalview.org/browse/JAL-1008}{http://issues.jalview.org/browse/JAL-1008}
3420 % for one relating to highlighting of positions in the alignment window).}
3421 }
3422
3423 % TODO
3424 \chapter{Protein sequence analysis and structure prediction}
3425 \label{proteinprediction}
3426
3427 Many of Jalview's sequence feature and annotation capabilities were developed to
3428 allow the results of sequence based protein structure prediction methods to be
3429 visualised and explored. This chapter introduces services integrated with the
3430 Jalview Desktop for predicting protein secondary structure and protein disorder.
3431
3432 \section{Protein Secondary Structure Prediction}
3433 \label{protsspredservices}
3434 Protein secondary structure prediction is performed using the
3435 Jpred\footnote{{\sl ``The Jpred 3 Secondary Structure Prediction Server''} Cole,
3436 C., Barber, J. D. and Barton, G. J. (2008) {\sl Nucleic Acids Research} {\bf
3437 36}, (Web Server Issue) W197-W201
3438
3439 {\sl ``Jpred: A Consensus Secondary Structure Prediction Server''} Cuff, J. A.,
3440 Clamp, M. E., Siddiqui, A. S., Finlay, M. and Barton, G. J. (1998) {\sl
3441 Bioinformatics} {\bf 14}, 892-893} server at the University of
3442 Dundee\footnote{http://www.compbio.dundee.ac.uk/www-jpred/}. The behaviour of
3443 this calculation depends on the current selection:
3444 \begin{list}{$\circ$}{}
3445 \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.
3446 \begin{list}{-}{}
3447               \item If all rows are the same length (often due to the
3448               application of the {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps} option), then
3449               a JPred prediction will be run for the first sequence in the
3450               alignment, using the current alignment as the profile to use for prediction.
3451               \item  Otherwise, just the first sequence will be submitted for a
3452               full JPred prediction.
3453 \end{list}
3454 \item If just one sequence (or a region in one sequence) has been selected, it
3455 will be submitted to the automatic JPred prediction server for homolog detection
3456 and prediction.
3457 \item If a set of sequences are selected, and they appear to be aligned using
3458 the same criteria as above, then the alignment will be used for a JPred
3459 prediction on the first sequence in the set (that is, the one that appears first in the alignment window).
3460 \end{list}
3461
3462
3463 \begin{figure}[htbp]
3464 \begin{center}
3465 \includegraphics[width=2.25in]{images/jpred1.pdf}
3466 \includegraphics[width=3in]{images/jpred2.pdf}
3467 \caption{{\bf Secondary Structure Prediction} Status (left) and results (right)
3468 windows for JPred predictions. }
3469 \label{jpred}
3470 \end{center}
3471 \end{figure}
3472
3473
3474 Jpred is launched in the same way as the other web services. Select {\sl Web
3475 Service $\Rightarrow$ Secondary Structure Prediction $\Rightarrow$ JPred
3476 Secondary Structure Prediction}\footnote{JNet is the Neural Network based
3477 secondary structure prediction method that the JPred server uses.} from the
3478 alignment window menu (Figure \ref{jpred}).
3479 A status window opens to inform you of the progress of the job. Upon completion, a new alignment window opens and the Jpred
3480 predictions are included as annotations. Consult the Jpred documentation for
3481 information on interpreting these results.
3482
3483 \subsection{Hidden Columns and JPred Predictions}
3484 \label{hcoljnet}
3485 Hidden columns can be used to exclude parts of a sequence or profile from the
3486 input sent to the JNet service. For instance, if a sequence is known to include
3487 a large loop insertion, hiding that section prior to submitting the JNet
3488 prediction can produce different results. In some cases, these secondary
3489 structure predictions can be more reliable for sequence on either side of the
3490 insertion\footnote{This, of course, cannot be guaranteed.}. Prediction results
3491 returned from the service will be mapped back onto the visible parts of the
3492 sequence, to ensure a single frame of reference is maintained in your analysis.
3493
3494
3495 \exercise{Secondary Structure Prediction}{
3496 \label{secstrpredex}
3497
3498 {\sl Note: The annotation panel can get quite busy during this exercise. Try
3499 hiding some annotations rows by right clicking
3500 the mouse in the annotation label panel and select the ``Hide this row'' option.
3501 The Annotations dropdown menu on the alignment wndow also provides options for
3502 reording and hiding autocalculated and sequence associated annotation. }
3503
3504 \exstep{ Open the alignment at \url{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. Select the sequence {\sl FER\_MESCR} by 
3505 clicking on the sequence ID. Then select {\sl Web Service $\Rightarrow$
3506 Secondary Structure Prediction $\Rightarrow$ JPred Secondary Structure
3507 Prediction} from the alignment window menu. A status window will appear and after some time (about 2-4 min) a new window with the JPred prediction will appear.
3508 Note that the number of sequences in the results window is many more than in the original alignment as 
3509 JPred performs a PSI-BLAST search to expand the prediction dataset. The results
3510 from the prediction are visible in the annotation panel. JPred secondary
3511 structure prediction annotations are examples of sequence-associated alignment annotation. }
3512 % TODO: check how long this takes - about 2 mins once it gets on the cluster.
3513 \exstep{
3514 Select a different sequence and perform a JPred prediction in the same way.
3515 There will probably be minor differences in the predictions.
3516 }
3517 \exstep{
3518 Select the sequence used in the second sequence prediction by clicking on its
3519 name in the sequence ID panel, and copy {\sl ([CTRL] or [CMD]-C)} and then
3520 paste it {\sl [CTRL] or [CMD]-V)} into the first prediction window.  You
3521 can now compare the two predictions as the annotations associated with the
3522 sequence has also been copied across.
3523 % which is described in Section \ref{seqassocannot} below.
3524 }
3525 \exstep{
3526 Select and hide some columns in one of the alignment profiles that were returned
3527 from the JNet service, and then submit the profile for prediction again.
3528 }
3529 \exstep{
3530 When you get the result, verify that the prediction has not been made for the
3531 hidden parts of the profile (by clicking the mouse on column ruler and right click to open the
3532 context menu and select {\sl Reveal All}), and that the JPred reliability scores
3533 differ from the prediction made on the full profile.
3534 }
3535 \exstep{
3536 In the original alignment that you loaded in step 1, select {\bf all}
3537 sequences, then open the {\sl Sequence ID $\Rightarrow$ Selection } submenu
3538 by right clicking the mouse to open the context menu, and select the {\sl Add
3539 Reference Annotation} option.
3540
3541 {\bf All} the JPred predictions for the sequences will now be visible in the
3542 original alignment window.}
3543
3544 {\bf Homework:} Go back to the last step of exercise \ref{annotatingalignex} and
3545 follow the instructions to view the Jalview annotations file created from the annotations
3546 generated by the JPred server for your sequence.}
3547
3548 \section{Protein Disorder Prediction}
3549 \label{protdisorderpred}
3550
3551 Disordered regions in proteins were classically thought to correspond to
3552 ``linkers'' between distinct protein domains, but disorder can also play a role in
3553 function. The {\sl Web Service $\Rightarrow$ Disorder} menu in the alignment window
3554 allows access to protein disorder prediction services provided by the configured
3555 JABAWS servers. 
3556
3557 \begin{figure}[htbp]
3558 \begin{center}
3559 \includegraphics[width=5in]{images/disorderpredannot.pdf}
3560 \caption{{\bf Annotation rows for several disorder predictions on a sequence}. A
3561 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. }
3562 \label{alignmentdisorderannot}
3563 \end{center}
3564 \end{figure}
3565
3566 \subsection{Disorder Prediction Results}
3567 Each service operates on sequences in the alignment to identify regions likely
3568 to be unstructured or flexible, or alternately, fold to form globular domains.
3569 As a consequence, disorder predictor results include both sequence features and
3570 sequence associated alignment annotation rows. Section \ref{featannot} describes
3571 the manipulation and display of these data in detail, and Figure
3572 \ref{alignmentdisorder} demonstrates how sequence feature shading and
3573 thresholding (described in Section \ref{featureschemes}) can be used to
3574 highlight differences in disorder prediction across aligned sequences.
3575
3576 \begin{figure}[htbp]
3577 \begin{center}
3578 \includegraphics[width=5in]{images/disorderpred.pdf}
3579 \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. }
3580 \label{alignmentdisorder}
3581 \end{center}
3582 \end{figure}
3583
3584 \subsection{Navigating Large Sets of Disorder Predictions}
3585
3586 Figure \ref{alignmentdisorderannot} shows a single sequence annotated with
3587 a range of disorder predictions. Disorder prediction annotation rows are
3588 associated with a sequence in the same way as secondary structure prediction
3589 results. When browsing an alignment containing large numbers of disorder
3590 prediction annotation rows, clicking on the annotation row label will highlight
3591 the associated sequence in the alignment display, and double clicking will
3592 select that sequence.
3593
3594 \subsection{Disorder Predictors provided by JABAWS 2.0}
3595 For full details of each predictor and the results that Jalview can display,
3596 please consult
3597 \href{http://www.jalview.org/help/html/webServices/proteinDisorder.html}{Jalview's
3598 protein disorder service documentation}. Short descriptions of the methods provided in JABAWS 2.0 are given below:
3599
3600 \subsubsection{DisEMBL}
3601 \href{http://dis.embl.de/}{DisEMBL (Linding et al., 2003)} is a set of machine-learning based predictors trained to
3602 recognise disorder-related annotation found on PDB structures.
3603
3604 \textbf{COILS} Predicts
3605 loops/coils according to DSSP
3606 definitions\footnote{DSSP Classifications of secondary structure are: $\alpha$-helix (H), 310-helix (G), $\beta$-strand (E)
3607 are ordered, and all other states ($\beta$-bridge (B), $\beta$-turn (T), bend (S),
3608 $\pi$-helix (I), and coil (C)) considered loops or coils.}. Features mark range(s) of
3609 residues predicted as loops/coils, and annotation row gives raw value
3610 for each residue. Value over 0.516 indicates loop/coil.
3611
3612 \textbf{HOTLOOPS} constitute a refined subset of \textbf{COILS}, namely those loops with
3613 a high degree of mobility as determined from C$\alpha$ temperature factors (B
3614 factors). It follows that highly dynamic loops should be considered
3615 protein disorder. Features mark range(s) of residues predicted to
3616 be hot loops and annotation row gives raw value for each
3617 residue. Values over 0.6 indicates hot loop.
3618
3619 \textbf{REMARK465} ``Missing
3620 coordinates in X-ray structure as defined by remark465 entries in PDB.
3621 Nonassigned electron densities most often reflect intrinsic disorder,
3622 and have been used early on in disorder prediction.'' Features give
3623 range(s) of residues predicted as disordered, and annotation rows gives
3624 raw value for each residue. Values over 0.1204 indicates disorder.
3625
3626 \subsubsection{RONN {\sl a.k.a.} Regional Order Neural Network}
3627 \href{http://www.strubi.ox.ac.uk/RONN}{RONN} employs an approach
3628 known as the `bio-basis' method to predict regions of disorder in
3629 sequences based on their local similarity with a gold-standard set of
3630 disordered protein sequences. It yields a set of disorder prediction
3631 scores, which are shown as sequence annotation below the alignment.
3632
3633 \textbf{JRonn}\footnote{JRonn denotes the score for this server because JABAWS
3634 runs a Java port of RONN developed by Peter Troshin and distributed as
3635 part of \href{http://www.biojava.org/}{Biojava 3}} Annotation Row gives RONN score for each residue in
3636 the sequence. Scores above 0.5 identify regions of the protein likely
3637 to be disordered.
3638
3639 \subsubsection{IUPred}
3640 \href{http://iupred.enzim.hu/Help.php}{IUPred} employs
3641 an empirical model to estimate likely regions of disorder. There are
3642 three different prediction types offered, each using different
3643 parameters optimized for slightly different applications. It provides
3644 raw scores based on two models for predicting regions of `long
3645 disorder' and `short disorder'. A third predictor identifies regions
3646 likely to form structured domains.
3647
3648 \textbf{Long disorder} Annotation rows predict
3649 context-independent global disorder that encompasses at least 30
3650 consecutive residues of predicted disorder. A 100 residue
3651 window is used for calculation. Values above 0.5 indicates the residue is
3652 intrinsically disordered.
3653
3654 \textbf{Short disorder} Annotation rows predict for short, (and
3655 probably) context-dependent, disordered regions, such as missing
3656 residues in the X-ray structure of an otherwise globular protein.
3657 Employs a 25 residue window for calculation, and includes adjustment
3658 parameter for chain termini which favors disorder prediction at the
3659 ends. Values above 0.5 indicate short-range disorder.
3660
3661 \textbf{Structured domains} are marked with sequence Features. These highlight
3662 likely globular domains useful for structure genomics investigation. Post-analysis of disordered region profile to find continuous regions
3663 confidently predicted to be ordered. Neighbouring regions close to
3664 each other are merged, while regions shorter than the minimal domain
3665 size of at least 30 residues are ignored.
3666
3667 \subsubsection{GLOBPLOT}
3668 \href{http://globplot.embl.de/}{GLOBPLOT} defines regions of
3669 globularity or natively unstructured regions based on a running sum of
3670 the propensity of residues to be structured or unstructured. The
3671 propensity is calculated based on the probability of each amino acid
3672 being observed within well defined regions of secondary structure or
3673 within regions of random coil. The initial signal is smoothed with a
3674 Savitzky-Golay filter, and its first order derivative
3675 computed. Residues for which the first order derivative is positive
3676 are designated as natively unstructured, whereas those with negative
3677 values are structured.
3678
3679 {\bf Disordered region} sequence features are created marking mark range(s) of residues with positive first order derivatives, and 
3680 \textbf{Globular Domain} features mark long stretches of order. \textbf{Dydx} annotation rows give the first order derivative of smoothed score. Values above 0 indicates
3681 residue is disordered. 
3682
3683 \textbf{Smoothed Score and Raw Score} annotation rows give the smoothed and raw scores used to create the differential signal that
3684 indicates the presence of unstructured regions. These are hidden
3685 by default, but can be shown by right-clicking on the alignment
3686 annotation panel and selecting \textbf{Show hidden annotation}.
3687
3688 \exercise{Protein Disorder Prediction}{
3689 %\label{protdispredex}
3690 {\sl Before starting this exercise, make sure you enable the \protect{`Add
3691 Temperature Factor'} option in your {\bf Structures} preferences. }
3692
3693 \exstep{Open the alignment at:
3694 \url{http://www.jalview.org/tutorial/interleukin7.fa}. } 
3695
3696 \exstep{Run the DisEMBL disorder predictor {\slvia} the {\slWeb Service
3697 $\Rightarrow$ Disorder Prediction } submenu.}
3698
3699 \exstep{Select all the sequences, and open the Structure Chooser via the {\sl
3700 Sequence ID $\Rightarrow$ 3D Structure Data\ldots } popup menu. Hit the
3701 {\bf View} button to retrieve and show all PDB structures for the sequences.}
3702
3703 \exstep{Compare the disorder predictions to the structure data by mapping any
3704 available temperature factors to the alignment {\sl via} the {\sl Sequence ID
3705 Popup $\Rightarrow$ Selection $\Rightarrow$ Add reference annotation} option.}
3706
3707 \exstep{Apply the IUPred disorder prediction method. Use the {\sl Per
3708 sequence option} in the {\sl Colour $\Rightarrow$ By annotation \ldots} dialog to shade
3709 the sequences by the long and short disorder predictors. {\sl Note how well the disordered regions predicted by each method agree
3710 with the structure.}}}
3711
3712 \chapter{DNA and RNA Sequences}
3713 \label{dnarna}
3714 \section{Working with DNA}
3715 \label{workingwithnuc}
3716 Jalview was originally developed for the analysis of protein sequences, but
3717 now includes some specific features for working with nucleic acid sequences
3718 and alignments. Jalview recognises nucleotide sequences and alignments based on
3719 the presence of nucleotide symbols [ACGT] in greater than 85\% of the
3720 sequences. Built in codon-translation tables can be used to translate ORFs
3721 into peptides for further analysis. EMBL nucleotide records retrieved {\sl via} the
3722 sequence fetcher (see Section \ref{fetchseq}) are also parsed in order to
3723 identify codon regions and extract peptide products. Furthermore, Jalview
3724 records mappings between protein sequences that are derived from regions of a
3725 nucleotide sequence. Mappings are used to transfer annotation between
3726 nucleic acid and protein sequences, and to dynamically highlight regions in
3727 one sequence that correspond to the position of the mouse pointer in another.
3728 %TODO Working with Nucleic acid sequences and structures.
3729 \subsection{Alignment and Colouring}
3730
3731 Jalview provides a simple colourscheme for DNA bases, but does not apply any
3732 specific conservation or substitution score model for the shading of
3733 nucleotide alignments. However, pairwise alignments performed using the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Pairwise Alignment
3734 \ldots} option will utilise an identity score matrix to calculate alignment
3735 score when aligning two nucleotide sequences.
3736
3737 \subsubsection{Aligning Nucleic Acid Sequences}
3738
3739 Jalview has limited knowledge of the capabilities of the programs that
3740 are made available to it {\sl via} web services, so it is up to you, the user,
3741 to decide which service to use when working with nucleic acid sequences. The
3742 table shows which alignment programs are most appropriate
3743 for nucleotide alignment. Generally, all will work, but some may be more suited
3744 to your purposes than others. We also note that none of these include
3745 support for taking RNA secondary structure prediction into account when aligning
3746 sequences (but will be providing services for this in the future!) 
3747 \begin{table}{}
3748 \centering
3749 \begin{tabular}{|l|c|l|}
3750 \hline
3751 Program& NA support& Notes\\
3752 \hline
3753 ClustalW& Yes&\begin{minipage}[f]{3in}
3754 Default is to autodetect nucleotide
3755 sequences. Editable parameters include nucleotide substitution matrices and
3756 distance metrics.
3757 \end{minipage}
3758
3759 \\
3760 \hline
3761
3762 Muscle& Yes (treat U as T)&\begin{minipage}[f]{3in}
3763 Default is to autodetect nucleotide
3764 sequences. Editable parameters include nucleotide substitution matrices and
3765 distance metrics.
3766 \end{minipage}
3767
3768 \\
3769 \hline
3770
3771 MAFFT& Yes&\begin{minipage}[f]{3in}
3772 Will autodetect nucleotide sequences and use a hardwired substitution model
3773 (all amino-acid sequence related parameters are ignored). Unknown whether
3774 substitution model treats Uracil specially.
3775 \end{minipage}
3776
3777 \\
3778 \hline
3779
3780 ProbCons& No&\begin{minipage}[f]{3in}
3781 ProbCons has no special support for aligning nucleotide sequences. Whilst an
3782 alignment will be returned, it is unlikely to be reliable.
3783 \end{minipage}
3784
3785 \\
3786 \hline
3787
3788 T-COFFEE& Yes&\begin{minipage}[f]{3in}
3789 Sequence type is automatically detected and an appropriate
3790 parameter set used as required. A range of nucleotide specific
3791 score models are available.\end{minipage}
3792
3793 \\\hline
3794 \end{tabular}
3795 \caption{{\bf JABAWS Alignment programs suitable for aligning nucleic acid
3796 sequences.} All JABAWS alignment services will return an alignment if provided
3797 with RNA or DNA sequences, with varying reliability.}
3798 \label{nucleomsatools}
3799 \end{table}
3800
3801 \subsection{Translate cDNA}
3802
3803 The {\sl Calculate $\Rightarrow$ Translate cDNA} function in the alignment
3804 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.
3805
3806 \subsection{Linked DNA and Protein Views}
3807
3808 \parbox{3.5in}{
3809 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.
3810 }\parbox{3in}{
3811 \begin{center}
3812 %\begin{figure}[htbp]
3813
3814 \includegraphics[width=2.8in]{images/cdnatranslinkedwin.pdf}
3815
3816 %\caption{{\bf Linked DNA and Protein Views.} }
3817 %\end{figure}
3818 \end{center}
3819 }
3820
3821
3822 \subsection{Coding Regions from EMBL Records}
3823
3824 Many EMBL records that can be retrieved with the sequence fetcher contain exons.
3825 Coding regions will be marked as features on the EMBL nucleotide sequence, and
3826 Uniprot database cross references will be listed in the tooltip displayed when
3827 the mouse hovers over the sequence ID. Uniprot database cross references
3828 extracted from EMBL records are sequence cross references, and associate a
3829 Uniprot sequence's coordinate system with the coding regions annotated on the
3830 EMBL sequence. Jalview utilises cross-reference information in two ways.
3831 \subsubsection{Retrieval of Protein or DNA Cross References}
3832 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).
3833
3834 \subsubsection{Retrieval of Protein Features on Coding Regions}
3835
3836 The Uniprot cross-references derived from EMBL records can be used by Jalview to visualize protein sequence features directly on nucleotide alignments.
3837 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. 
3838 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 
3839 the coding region location.
3840
3841 \begin{figure}[htbp]
3842 \begin{center}
3843 \label{dnadasfeatures}
3844 \includegraphics[width=5in]{images/dnadasfeatures.pdf}
3845
3846 \caption{Uniprot and PDB sum features retrieved and mapped onto
3847 coding regions of EMBL record V00488 (an earlier version of Jalview is shown
3848 here).}
3849
3850 \end{center}
3851 \end{figure}
3852
3853 \exercise{Visualizing Protein Features on Coding Regions}
3854 {
3855 \exstep{Use the sequence fetcher to retrieve EMBL record D49489.}
3856 \exstep{Ensure that {\sl View $\Rightarrow$ Show Sequence Features} is checked and change the 
3857 alignment view format to {\sl Wrapped} mode so the distinct exons can be seen.}
3858 \exstep{Open the {\sl DAS Settings} tab in the {\sl Sequence Feature Settings\ldots} 
3859 window {\sl View $\Rightarrow$ Features setting}
3860 and fetch features for D49489 from the Uniprot reference server,
3861 and any additional servers that work with the Uniprot coordinate system.}
3862 \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.}
3863 \exstep{Open a new alignment view containing the Uniprot protein product 
3864 with {\sl Calculate $\Rightarrow$ Get Cross References $\Rightarrow$ Uniprot } 
3865 and examine the database references and sequence features. Experiment with the 
3866 interactive highlighting of codon position for each residue.}
3867 }
3868 % \section{Working with RNA}
3869 % \label{workingwithrna}
3870
3871 % \subsection{RNA specific alignment colourschemes}
3872 % \label{rnacolschemes}
3873
3874 % \subsection{Exploring RNA secondary structure with VARNA}
3875 % \label{varna}
3876
3877 % \subsection{RNA Secondary structure annotation}
3878 % \subsubsection{Interactive creation of RNA secondary structure annotation}
3879 % \label{rnasecstrediting}
3880
3881 % \subsubsection{Import and export of RNA secondary structure annotation}
3882 % \label{rnasecstrio}
3883
3884
3885 % \chapter{Advanced Jalview}
3886
3887 % \section{Customising Jalview}
3888 % \subsection{Setting preferences}
3889
3890 % 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. 
3891
3892 % \subsection{Adding your own URL links}
3893
3894 % \subsection{Working with Databases and Database Cross References}
3895 % \label{getcrossrefs}
3896
3897 % {\sl Calculations $\Rightarrow$ Get Cross References }
3898
3899 % \section{Jalview IO Interface}
3900 % \subsection{Multiple views}
3901 % \subsection{Annotation files}
3902 % \subsection{Feature files}
3903 % \subsection{Moving sequence associated annotation}
3904 % \subsection{Propagating features}
3905 % \section{Structures}
3906 % \subsection{Working with Modeller files}
3907 % \subsection{Using local PDB files}
3908 % \section{Pairwise alignments}
3909
3910 \section{Working with RNA}
3911 Jalview allows the creation of RNA secondary structure annotation, and includes
3912 the VARNA secondary structure viewer for the display of RNA base pair diagrams.
3913 It also allows the extraction of RNA secondary structure from 3D data when
3914 available.
3915
3916 \subsection{Performing RNA Secondary Structure Predictions}
3917 Secondary structure consensus calculations can be performed by enabling the
3918 VIENNA service {\sl via} the {\sl Web Service $\Rightarrow$ Secondary
3919 Structure} menu. These consensus structures are created by analysing the
3920 covariation patterns in all visible sequences on the alignment. For more
3921 information see the VIENNA documentation.
3922
3923 \begin{figure}[htbp]
3924 \begin{center}
3925 \label{rnaviennaservice}
3926 \includegraphics[width=5in]{images/rnaViennaServiceWindow.pdf}
3927
3928 \caption{Secondary structure consensus calculations can be performed by enabling the
3929 VIENNA service {\sl via} the {\sl Web Service $\Rightarrow$ Secondary
3930 Structure} menu.}
3931
3932 \end{center}
3933 \end{figure}
3934
3935 \begin{figure}[htbp]
3936 \begin{center}
3937 \label{rnaviennaaltpairs}
3938 \includegraphics[width=5in]{images/rnaViennaAlternateProbs.pdf}
3939
3940 \caption{VIENNA can calculate alternate RNA base pairing probabilities. These
3941 are shown in Jalview as tool-tips on the RNA secondary structure probability
3942 score.}
3943
3944 \end{center}
3945 \end{figure}
3946
3947
3948 \exercise{Viewing RNA Structures}
3949 { \label{viewingrnaex}
3950
3951 \exstep{Import RF00162 from the Rfam (Seed) source using {\sl Fetch sequence(s)}
3952 from the Desktop's File menu.} 
3953
3954 \exstep{Select {\sl Colour by RNA Helices} to
3955 shade the alignment by the secondary structure annotation provided by Rfam.}
3956
3957 \exstep{Open VARNA with {\sl Structure $\Rightarrow$ View Structure
3958 $\Rightarrow$ RNA Secondary Structure}.
3959 In the VARNA Structures Manager toggle between (i) secondary structure
3960 (alignment) (with gaps) and (ii) trimmed secondary structure (alignment). 
3961 Explore the difference between trimmed and untrimmed views.
3962 Click on different residues in the VARNA diagram - you should also see them
3963 highlighted and selected in the sequence alignment window.}
3964
3965 \exstep{In the VARNA Structures Manager, right click on display window to
3966 bring up the pop up context menu. Explore the options within the File, Export,
3967 Display and Edit sections.
3968
3969 {\em VARNA views are stored in Jalview project files, in the same way as 3D
3970 structure views produced by Jmol and Chimera.}}
3971
3972 \exstep{Enable the calculation and display of an RNAAliFold secondary structure
3973 prediction for the alignment by selecting {\sl Web Service $\Rightarrow$ Secondary
3974 Structure Prediction $\Rightarrow$ RNAAliFold }.}
3975 % Compare this with the annotationline provided by Rfam.
3976
3977 \exstep{Edit the RNAAliFold calculation settings to show
3978 Base Pair probabilities. Explore how editing the alignment affects the consensus
3979 calculation.}
3980
3981 \exstep{Import 2GIS from the PDB database into a new window with {\sl Fetch
3982 sequence(s)}.}
3983
3984 \exstep{Click on a sequence in Sequence ID panel and select {\sl Structure
3985 $\Rightarrow$ View Structure $\Rightarrow$ 2GIS}, to view the structure in Jmol
3986 window. Click on different residues and located them in the sequence alignment window.}
3987
3988 %\exstep{Add and link a Jmol structure view
3989 %for Bacillus\_amyloliquef.9 for 3NPB (from the PDB). Display the secondary
3990 %structure along-side the consensus structure for the alignment by adding
3991 %reference annotation from the 3D structure.
3992
3993 %{\sl Hint: You need to make sure the RNAview service is enabled in your {\sl
3994 %Structure} preferences to obtain RNA secondary structure annotation from PDB
3995 %files.}}
3996
3997  }
3998
3999 \chapter{Webservices}
4000 \label{jvwebservices}
4001 The term ``Webservices'' refers to a variety of data exchange
4002 mechanisms based on HTTP.\footnote{HTTP: Hyper-Text Transfer Protocol.} 
4003
4004 \parbox[c]{4.5in}{Jalview can exploit public webservices to access databases
4005 remotely, and also submit data to public services by opening pages with your web browser. These types of
4006 services are `one-way', {\sl i.e.} data is either sent to the webservice or
4007 retrieved from it by Jalview. The desktop application can also interact
4008 with `two-way' remote analysis services in order to offload computationally
4009 intensive tasks to High Performance Computing facilities. Most of these two-way
4010 services are provided by {\bf Ja}va {\bf B}ioinformatics {\bf A}nalysis {\bf
4011 W}eb {\bf S}ervice (JABAWS) servers\footnote{See
4012 http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws for more information and to download
4013 your own server.}, which provides an easily installable system for performing
4014 a range of bioinformatics analysis tasks. }
4015 \parbox[c]{1.75in}{\includegraphics[width=1.65in]{images/wsmenu.pdf}}
4016
4017 \subsection{One-Way Web Services}
4018
4019 There are two types of one way service in Jalview. Database services,
4020 which were introduced in in Section \ref{fetchseq}, provide sequence and
4021 alignment data. They can also be used to add sequence IDs to an alignment
4022 imported from a local file, prior to further annotation retrieval, as described
4023 in Section \ref{featuresfromdb}.
4024 % The final type of one way service are sequence
4025 % and ID submission services.
4026 % exemplified by the `Envision2 Services' provided
4027 % by the ENFIN Consortium\footnote{ENFIN is the European Network for Functional
4028 % INtegration. Please see http://www.enfin.org for more information. }.
4029
4030 % \subsubsection{One-way submission services}
4031 % Jalview can use the system's web browser to submit sets of sequences and
4032 % sequence IDs to web based applications. Single sequence IDs can be passed to
4033 % a web site using the user definable URL links listed under the {\sl
4034 % Links} submenu of the sequence ID popup menu. These are configured
4035 % in the {\sl Connections} tab of the {\sl Preferences} dialog box.
4036
4037 % The Envision 2 services presented in the webservice menu provides are the first
4038 % example of one-way services where multiple sequences or sequence IDs can be
4039 % sent. The {\sl Web service $\Rightarrow$ Envision 2 Services} menu entry
4040 % provides two sub-menus that enable you to submit the sequences or IDs
4041 % associated with the alignment or just the currently selected sequences to one
4042 % of the Envision2 workflows. Selecting any one will open a new browser window on
4043 % the Envision2 web application. The menu entries and their tooltips provide
4044 % details of the Envision2 workflow and the dataset set that will be submitted
4045 % ({\sl i.e.} the database reference type, or associated sequence subset). Please
4046 % note, due to technical limitations, Jalview can currently only submit small
4047 % numbers of sequences to the workflows - if no sequence or ID submissions are
4048 % presented in the submenus, then try to select a smaller number of sequences to
4049 % submit. 
4050
4051 \subsection{Remote Analysis Web Services}
4052 Remote analysis services enable Jalview to use external computational
4053 facilities. There are currently three types of service - multiple sequence
4054 alignment, protein secondary structure prediction, and alignment analysis.
4055 Many of these are provided by JABA servers, which are described at the end of
4056 this section. In all cases, Jalview will construct a job based on the alignment
4057 or currently selected sequences, ask the remote server to run the job, monitor
4058 status of the job and, finally, retrieve the results of the job and display
4059 them. The Jalview user is kept informed of the progress of the job through a
4060 status window.
4061
4062 Currently, web service jobs and their status windows are not stored in Jalview
4063 Project Files\footnote{This may be rectified in future versions.}, so it is
4064 important that you do not close Jalview whilst a job is running. It is also
4065 essential that you have a continuous network connection in order to
4066 successfully use web services from Jalview, since it periodically checks the
4067 progress of running jobs.
4068
4069
4070 \subsection{JABA Web Services for Sequence Alignment and Analysis}
4071 \label{jabaservices}
4072 JABA stands for ``JAva Bioinformatics Analysis'', which is a system developed
4073 by Peter Troshin and Geoff Barton at the University of Dundee for running
4074 computationally intensive bioinformatics analysis programs. A JABA installation
4075 typically provides a range of JABA web services (JABAWS) for use by other
4076 programs, such as Jalview.
4077
4078 Exercises in the remainder of this section will demonstrate the simplest way of
4079 installing JABA on your computer, and configuring Jalview so it can access the JABA services. If you
4080 need any further help or more information about the services, please go to the
4081 \href{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws}{JABAWS home page}.
4082 %% \subsubsection{Aims}
4083 %%  \begin{list}{$\bullet$}{}
4084 %%  \item Gain experience using the different alignment services provided by
4085 % JABA
4086 %%\item Learn about the way that Jalview stores user presets for JABA services
4087 %%\item Learn how to install JABA services and configure Jalview to access them
4088 %%\end{list}
4089
4090 \subsection{Changing the Web Services Menu Layout}
4091 \label{changewsmenulayout}
4092 If you are working with a lot of different JABA services, you may wish to change
4093 the way Jalview lays out the web services menu. You can do this from the Web
4094 Services tab of the {\sl Preferences} dialog box.
4095
4096 \exercise{Changing the Layout of the Web Services Menu}{
4097 \label{changewsmenulayoutex}
4098 \exstep{Make sure you have loaded an alignment into Jalview, and examine the
4099 current layout of the alignment window's {\sl Web Service} menu.}
4100 \exstep{Open the preferences dialog box and select the web services tab.}
4101 \exstep{Ensure the {\sl Enable JABAWS services} checkbox is selected, and unselect
4102 the {\sl Enable Enfin Services} checkboxes.}
4103 \exstep{Hit {\sl Refresh Services} to update the web services menu -- once the
4104 progress bar has completed, open the {\sl Web Service} menu to view the changes.}
4105 \exstep{Select the {\sl Index by host} checkbox and refresh the services once again.
4106
4107 {\sl Observe the way the layout of the JABAWS Alignment submenu changes.}
4108 }
4109 \exstep{Do the same with the {\sl Index by type} checkbox.} 
4110 }
4111
4112 Jalview provides these options for configuring the layout of the  {\sl Web Service}
4113 menu because different Jalview users may have access to a different number of
4114 JABA services, and each will have their own preference regarding the layout of
4115 the menu.
4116
4117 \begin{figure}[htbc]
4118 \begin{center}
4119 \includegraphics[width=3in]{images/jvjabawsconfig.pdf}
4120 \caption{{\bf The Jalview Web Services preferences panel.} Options are provided
4121 for configuring the list of JABA servers that Jalview will use, enabling and
4122 disabling Enfin services, and configuring the layout of the web services
4123 menu.}
4124 \label{jvjabawsconfig}
4125 \end{center}
4126 \end{figure}
4127
4128
4129 \subsubsection{Testing JABA services}
4130 The JABAWS configuration dialog shown in Figure \ref{jvjabawsconfig} has colour
4131 codes to indicate whether the Desktop can access the server, and whether all
4132 services advertised by the server are functional. The colour codes are:
4133
4134 \begin{list}{$\bullet$}{}
4135   \item Red - Server cannot be contacted or reports a connection error.
4136   \item Amber - Jalview can connect, but one or more services are non-functional.
4137   \item Green - Server is functioning normally.
4138 \end{list}
4139   %TODO green and a tick, red and a cros, amber and a value indicating whether its all going
4140
4141 Test results from JABAWS are reported on Jalview's console output (opened from
4142 the Tools menu). Tests are re-run every time Jalview starts, and when the
4143 [Refresh Services] button is pressed on the Jalview JABAWS configuration panel.
4144
4145 \subsubsection{Resetting the JABA Services Setting to their Defaults}
4146 Once you have configured a JABAWS server and selected the OK button of the
4147 preferences menu, the settings will be stored in your Jalview preferences file,
4148 along with any preferences regarding the layout of the web services menu. If
4149 you should ever need to reset the JABAWS server list to its defaults, use the
4150 `Reset Services' button on the Web Services preferences panel.
4151
4152 \subsection{Running your own JABA Server}
4153 You can download and run JABA on your own machine using the `VMWare' or
4154 VirtualBox virtual machine environments. If you would like to do
4155 this, there are full instructions at the
4156 \href{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws/}{JABA web site}.
4157
4158 \exercise{Installing a JABA Virtual Machine on your Computer}{
4159 \label{jabawsvmex}{\sl This tutorial will demonstrate the simplest way of
4160 installing JABA on your computer, and configuring Jalview so it can access the JABA services. 
4161
4162 {\bf Prerequisites}
4163
4164 You will need a copy of VMWare Player/Workstation/Fusion on your machine.
4165 }
4166
4167 \exstep{If you do not have VMWare player installed, download it from
4168 www.vmware.com (this takes a few minutes -- you will need to register and wait
4169 for an email with a download link).}
4170 \exstep{Download the JABA virtual appliance archive called `jaba-vm.zip' from
4171 \textsf{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws/archive/jabaws-vm.zip}
4172
4173 WARNING: This is large (about 300MB) and will take some time to download.
4174 }
4175 \exstep{Unpack the archive's contents to a place on your machine with at least
4176 2GB of free space (On Windows, right click on the archive, and use the 'Extract
4177 archive..' option).
4178 }
4179 \exstep{Open the newly extracted directory and double click the VMWare virtual
4180 machine configuration file (jabaws.vcf). This will launch the VMWare player.
4181 }
4182 \exstep{Once VMWare player has started up, it may ask the question ``Did you move or copy
4183 this virtual appliance?'' -- select `Copy'.}
4184 \exstep{You may be prompted to download the VMWare linux tools. These are not
4185 necessary, so close the window or click on `Later'.}
4186 \exstep{You may also be prompted to install support for one or more devices (USB
4187 or otherwise). Say `No' to these options.}
4188 \exstep{Once the machine has loaded, it will display a series of IP addresses
4189 for the different services provided by the VM. Make a note of the JABAWS URL --
4190 this will begin with `http:' and end with `/jabaws''.}
4191 }
4192
4193 \exercise{Configuring Jalview to Access your new JABAWS Virtual Appliance}{
4194 \label{confnewjabawsappl}
4195 \exstep{Start Jalview (If you have not done so already).} 
4196 \exstep{Enable the Jalview Java Console by selecting its option from the Tools
4197 menu.
4198
4199 {\sl Alternately, use the System Java console if you have
4200 configured it to open when Jalview is launched, {\sl via} your system's Java
4201 preferences (under the `Advanced' tab on Windows).}}
4202 \exstep{Open the {\sl Preferences} dialog and locate the Web Services tab.}
4203 \exstep{Add the URL for the new JABAWS server you started in Exercise
4204 \ref{jabawsvmex} to the list of JABAWS urls using the `New Service
4205 URL' button.}
4206 \exstep{You will be asked if you want to test the service. Hit `Yes' to do this
4207 -- you should then see some output in the console window.
4208
4209 {\sl Take a close look at the output in the console.  What do you think is
4210 happening?}
4211 }
4212 \exstep{Hit OK to save your preferences -- you have now added a new JABA
4213 service to Jalview!}
4214 \exstep{Try out your new JABA services by loading the ferredoxin sequences from
4215 http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}
4216 \exstep{Launch an alignment using one
4217 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.
4218
4219 {\sl Note: You can watch the JABA VM appliance's process working by opening the
4220 process monitor on your system. (On Windows XP, this involves right-clicking the
4221 system clock and opening the task manager -- then selecting the 'Processes' tab
4222 and sort by CPU).}
4223 }
4224 }
4225
4226 \end{document}