Changed pca exercise.
[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 2.9.0b2}
78 \vspace{0.5in}
79 {\huge 
80
81 Manual and  Introductory Tutorial }
82
83 \vspace{2.4in}
84
85 {\large
86
87 David Martin, James Procter, Andrew Waterhouse, Saif Shehata, Nancy Giang,
88
89
90 Suzanne Duce and Geoff Barton
91  
92
93 }
94
95 \vspace{1.2in}
96
97 College of Life Sciences, University of Dundee
98
99 Dundee, Scotland DD1 5EH, UK
100
101
102 \vspace{2in}
103
104 Manual Version 1.6
105 % post CLS lifesci course on 15th January
106 % draft. Remaining items are AACon, RNA visualization/editing and Protein disorder analysis exercises.
107
108 9th June 2016
109
110
111 \end{center}
112
113 %\newpage
114
115 \clearemptydoublepage
116
117 % ($Revision$) 11th October 2010.}
118 % TODO revise for 2.6
119
120 \pagenumbering{roman}
121 \setcounter{page}{1}
122 \tableofcontents 
123 %\clearemptydoublepage
124 % \listoffigures 
125 % \newpage
126 % \listoftables 
127 \newpage
128 \pagenumbering{arabic}
129 \setcounter{page}{1}
130 \chapter{Basics}
131 \label{jalviewbasics}
132 \section{Introduction}
133 \subsection{Jalview}
134 Jalview is a multiple sequence alignment viewer, editor and analysis tool.
135 Jalview is designed to be platform independent (running on Mac, MS Windows, Linux
136 and any other platforms that support Java). Jalview is capable of editing and
137 analysing large alignments (thousands of sequences) with minimal degradation in
138 performance, and able to show multiple integrated views of the alignment and
139 other data. Jalview can read and write many common sequence formats including
140 FASTA, Clustal, MSF(GCG) and PIR.
141
142
143 There are two types of Jalview program. The {\bf Jalview Desktop} is a standalone 
144 application that provides powerful editing, visualization, annotation and
145 analysis capabilities. The {\bf JalviewLite} applet has the same core
146 visualization, editing and analysis capabilities as the desktop, without the
147 desktop's webservice and figure generation capabilities. It is designed to be
148 embedded in a web page,\footnote{A demonstration version of Jalview (Jalview Micro
149 Edition) also runs on a mobile phone but the functionality is limited to sequence
150 colouring.} and includes a javascript API to allow customisable display of
151 alignments for web sites such as Pfam.\footnote{\url{http://pfam.xfam.org}}
152
153
154 The Jalview Desktop in this version
155 provides access to protein and nucleic acid sequence, alignment and structure
156 databases, and includes the Jmol\footnote{ Provided under the LGPL licence at
157 \url{http://www.jmol.org}} viewer for molecular structures, and the VARNA\footnote{Provided under GPL licence at \url{http://varna.lri.fr}} program for the visualization of RNA secondary structure. A
158 Distributed Annotation System (DAS) client\footnote{jDAS - released under Apache license (v2.0) at \url{http://code.google.com/p/jdas}} which facilitates the retrieval and display of third party sequence
159 annotation in association with sequences and any associated structure. It also
160 provides a graphical user interface for the multiple sequence alignment, conservation analysis and protein disorder prediction methods provided as {\bf Ja}va {\bf B}ioinformatics
161 {\bf A}nalysis {\bf W}eb {\bf S}ervices (JABAWS). JABAWS\footnote{released under GPL at \url{http://www.compbio.dundee.ac.uk/jabaws}} is a system for running bioinformatics programs that you can download and run on your own machine or cluster, or install on compute clouds.
162
163 \subsection{Jalview's Capabilities}
164 % TODO add references to appropriate sections for each capability described here.
165 Figure \ref{jvcapabilities} gives an overview of the main features of the
166 Jalview desktop application. Its primary function is the editing and
167 visualization of sequence alignments, and their interactive analysis. Tree
168 building, principal components analysis, physico-chemical property conservation
169 and sequence consensus analyses are built into the program. Web services enable
170 Jalview to access online alignment and secondary structure prediction programs,
171 as well as to retrieve protein and nucleic acid sequences, alignments, protein structures and sequence annotation. Sequences, alignments, trees, structures, features and alignment annotation may also be exchanged with the local filesystem. Multiple visualizations of an alignment may be worked on simultaneously, and the user interface provides a comprehensive set of controls for colouring and layout. Alignment views are dynamically linked with Jmol structure displays, a tree viewer and spatial cluster display, facilitating interactive exploration of the alignment's structure. The application provides its own Jalview project file format in order to store the current state of an alignment and analysis windows. Jalview also provides WYSIWIG\footnote{WYSIWIG: What You See Is What You Get.} style figure generation capabilities for the preparation of alignments for publication.
172 \begin{figure}[htbp]
173 \begin{center}
174 \includegraphics[width=5.8in]{images/jvcapabilities.pdf}
175 \caption{{\bf Capabilities of the Jalview Desktop.} The Jalview Desktop Application provides a stable environment for the creation, editing and analysis of alignments and the generation of figures.}
176 \label{jvcapabilities}
177 \end{center}
178 \end{figure}
179
180 \subsubsection{Jalview History}
181 Jalview was initially developed in 1996 by Michele Clamp, James Cuff, Steve
182 Searle and Geoff Barton at the University of Oxford and then the European
183 Bioinformatics Institute. Development of Jalview 2 was made possible with
184 eScience funding from the BBSRC\footnote{Biotechnology and Biological Sciences
185 Research Council grant  {\sl ``VAMSAS: Visualization and Analysis of Molecules,
186 Sequence Alignments and Structures"}, a joint project to enable interoperability
187 between Jalview, TOPALi and AstexViewer.} in 2004, enabling Andrew Waterhouse and
188 Jim Procter to re-engineer the original program to introduce contemporary developments
189 in bioinformatics and take advantage of the latest web and Java technology.
190 Jalview's development has been supported from 2009
191 onwards by BBSRC funding, and since 2014 by a
192 Wellcome Trust Biomedical Resource grant\footnote{Wellcome grant number 101651/Z/13/Z}. In 2010, 2011, and 2012, Jalview benefitted from the
193 \href{http://code.google.com/soc/}{Google Summer of Code}, when Lauren Lui and Jan Engelhardt introduced new features for handling RNA alignments and secondary structure annotation, in collaboration with Yann Ponty.\footnote{\url{http://www.lix.polytechnique.fr/~ponty/}}
194
195  
196 %TODO describe future plans in history ? not a good idea.
197 % Jalview continues to be one of the worlds most popular\footnote{and in the authors opinion, the best.} sequence alignment and analysis tools.
198
199 \subsubsection{Citing Jalview}
200 If you use Jalview in your work you should cite:\newline
201 {\sl "Jalview Version 2 - a multiple sequence alignment editor and analysis
202 workbench"}\newline Waterhouse, A.M., Procter, J.B., Martin, D.M.A, Clamp, M. and Barton, G. J. (2009) \newline {\sl Bioinformatics}  doi: 10.1093/bioinformatics/btp033
203
204 This paper supersedes the original Jalview publication:\newline {\sl "The
205 Jalview Java alignment editor"} \newline Michele Clamp, James Cuff, Stephen M. Searle and Geoffrey J. Barton (2004) \newline {\sl Bioinformatics} {\bf 20} 426-427. 
206
207   
208 \subsection{About this Tutorial }
209
210 This tutorial is written in a manual format with short exercises where
211 appropriate, typically at the end of each section. This chapter concerns the
212 basic operation of Jalview and should be sufficient for those who want to
213 launch Jalview (Section \ref{startingjv}), open an alignment (Section
214 \ref{loadingseqs}), perform basic editing (Section
215 \ref{selectingandediting}), colouring (Section \ref{colours}), and produce
216 publication and presentation quality graphical output (Section \ref{layoutandoutput}).
217
218 In addition, the manual covers the additional visualization and
219 analysis techniques available in Jalview. This includes working
220 with the embedded Jmol molecular structure viewer, building and viewing trees and PCA
221 plots, and using trees for sequence conservation analysis. An overview of
222 the Jalview Desktop's webservices is given in Section \ref{jvwebservices}, and
223 the alignment and secondary structure prediction services are described
224 in detail in Sections \ref{msaservices} and \ref{protsspredservices}. Section \ref{featannot} details the creation and visualization of sequence
225 and alignment annotation, and the retrieval of sequences and annotation from
226 databases and DAS Servers. Section \ref{workingwithnuc} discusses
227 specific features of use when working with nucleic acid sequences, such as translation and linking to protein
228 coding regions, and the display and analysis of RNA secondary structure.
229
230 %^Chapter \ref{jalviewadvanced} The third chapter covers the detail^ of Jalview and is aimed at the user who is
231 %already familiar with Jalview operation but wants to get more out of their
232 %Jalview experience.
233
234 \subsubsection{Typographic Conventions}
235
236 Keystrokes using the special non-symbol keys are represented in the tutorial by
237 enclosing the pressed keys with square brackets ({\em e.g.} [RETURN] or [CTRL]).
238
239 Keystroke combinations are combined with a `-' symbol ({\em e.g.} [CTRL]-C means
240 press [CTRL] and the `C' key) simultaneously.
241
242 Menu options are given as a path from the menu
243 that contains them - for example {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment
244 $\Rightarrow$ From URL} means to select the `From URL' option from the `Input
245 Alignment' submenu of a window's `File' dropdown menu.
246
247 \section{Launching the Jalview Desktop Application}
248 \label{startingjv}
249 \begin{figure}[htbp]
250 \begin{center}
251 \includegraphics[width=4.5in]{images/download.pdf}
252 \caption{\bf Download page on the Jalview web site at www.jalview.org.}
253 \label{download}
254 \end{center}
255 \end{figure}
256
257 This tutorial is based on the Jalview
258 Desktop application. Much of the information will also be useful for users of
259 the JalviewLite applet, which has the same core editing, analysis and visualization capabilities (see the
260 \href{http://www.jalview.org/examples/applets.html}{JalviewLite Applet Examples}
261 page for examples). The Jalview Desktop, however, is much more powerful, and
262 includes additional support for interaction with external web services, and
263 production of publication quality graphics.
264
265 The Jalview Desktop can be run in two ways; as an application launched from the
266 web {\sl via} Java webstart, or as an application loaded onto your hard drive. 
267 The webstart version is launched from the pink `Launch Jalview Desktop
268 button' at the top right hand side of pages of the website 
269 \href{http://www.jalview.org}{(www.jalview.org)}.
270 To download the locally installable version, follow the links on the download
271 page
272 \href{http://www.jalview.org/download}{(www.jalview.org/download) }
273  (Figure \ref{download}).
274 These links will launch the latest stable release of Jalview.\par
275
276 %% this paragraph needs to be rewritten for the new signed certificate from Certum.
277
278 When the application is launched with webstart, two dialogs may appear before
279 the application starts. If your browser is not set up to handle webstart, then
280 clicking the launch link may download a file that needs to be opened
281 manually, or prompt you to select the program to handle the webstart
282 file. If that is the case, then you will need to locate the {\bf javaws} program
283 on your system\footnote{The file that is downloaded will have a type of {\bf
284 application/x-java-jnlp-file} or {\bf .jnlp}. The {\bf javaws} program that can run
285 this file is usually found in the {\bf bin} directory of your Java
286 installation}. Once java webstart has been launched, you may also be prompted to
287 accept a security certificate signed by the Barton Group.\footnote{On some
288 systems, the certificate may be signed by 'UNKNOWN'. In this case, clicking
289 through the dialogs to look at the detailed information about the certificate
290 should reveal it to be a Barton group certificate.} You can always trust us, so
291 click trust or accept as appropriate. The splash screen (Figure \ref{splash})
292 gives information about the version and build date that you are running,
293 information about later versions (if available), and the paper to cite in your
294 publications. This information is also available on the Jalview web site at 
295 \url{http://www.jalview.org}.
296
297 %[fig 2] 
298 \begin{figure}[htbp]
299
300 \begin{center}
301 \includegraphics[width=4.5in]{images/splash.pdf}
302 \caption{{\bf Jalview splash screen.}}
303 \label{splash}
304 \end{center}
305 \end{figure}
306
307 When Jalview starts it will automatically load an example alignment from the
308 Jalview site. This behaviour can be switched off in the Jalview Desktop
309 preferences dialog  by unchecking the open file option.
310 This alignment will look like the one in Figure \ref{startpage} (taken
311 from Jalview version 2.7).
312
313 %[figure 3 ]
314 \begin{figure}[htbp]
315 \begin{center}
316 \includegraphics[width=4in]{images/start.pdf}
317 \caption{{\bf Default startup for Jalview.}}
318 \label{startpage}
319 \end{center}
320 \end{figure}
321
322
323 \subsubsection{Jalview News RSS Feed}
324
325 Announcements are made available to users of the
326 Jalview Desktop {\sl via} the Jalview Newsreader. This window will open
327 automatically when new news is available, and can also be accessed {\sl via} the
328 Desktop's {\sl Tools $\Rightarrow$ Show Jalview News} menu entry. 
329
330 \begin{figure}[htbp]
331 \begin{center}
332 \includegraphics[height=3in]{images/jvrssnews.pdf}
333 \caption{{\bf The Jalview News Reader.} The newsreader opens automatically
334 when new articles are available from the Jalview Desktop's news channel.}
335 \label{jalviewrssnews}
336 \end{center}
337 \end{figure}
338
339
340 \exercise{Launching Jalview from the Jalview Website}{
341 \label{start}
342 \exstep{Open the Jalview web
343 site \href{http://www.jalview.org}{(www.jalview.org)}
344 in your web browser. Launch Jalview by clicking on the
345 pink `Launch Jalview' Desktop button in the top right hand corner. This
346 will download and open a jalview.jnlp webstart file.}
347 \exstep {Dialogue boxes
348 will open and ask if you want to open the jalview.jnlp file as the file is an application downloaded from the
349 Internet, click Open. (Note you maybe asked to update Java, if you agree then it
350 will automatically update the Java software). As Jalview opens, four demo
351 Jalview windows automatically load.}
352 \exstep {If
353 you are having trouble, it may help changing the browser you are using, as the browsers and
354 it's version may affect this process.}
355 \exstep{To deactivate the opening of the 4 demo sequences during the launch, go
356 to the {\sl Tools $\Rightarrow$
357 Preferences...} menu on the desktop. A `Preference'
358 dialogue box opens, untick the box adjacent to the `Open file' entry in the
359 `Visual' preferences tab.
360 Click OK to save the preferences.}
361 \exstep{Launch another Jalview workbench from the web site by clicking on the
362 pink Launch button.
363 The example alignment should not be loaded as Jalview starts up.}
364 \exstep{To reload the original demo file select the
365 {\em File$\Rightarrow$ From URL} entry in the Desktop menu. Click on
366 the URL history button on the right hand side of the dialog box to view the
367 files, select exampleFile\_2\_7.jar, then click OK.}
368 {\bf Note:} Should you want to reload the example alignment or load your own
369 sequence during the launch process, then go
370 to the {\sl Tools $\Rightarrow$
371 Preferences...} menu on the desktop. The tick the `Open file' entry of `Visual'
372 preferences tab, type in the URL of the sequence you want to load. This
373 file will load during the start up process.
374 As the jalview.jnlp file launches Jalview on your desktop, you
375 may want to move this from the downloads folder to another folder.
376 Opening from this file will allow Jalview to be launched offline.
377
378 {\bf Help launching Jalview is available in videos on the Getting Started page
379 of the Jalview website at \url{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}.}}
380
381 \subsection{Getting Help}
382 \label{gettinghelp}
383 \subsubsection{Built in Documentation}
384 Jalview has comprehensive on-line help documentation. Select  {\sl Help
385 $\Rightarrow$ Documentation} from the main window menu and a new window will
386 open (Figure \ref{help}). The appropriate topic can then be selected from the
387 navigation panel on the left hand side. To search for a specific topic, click
388 the `search' tab and enter keywords in the box which appears.
389
390
391 \begin{figure}[htbp]
392 \begin{center}
393 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=2.75in]{images/help1.pdf}}}
394 \parbox[c]{4in}{\includegraphics[width=4in]{images/help2.pdf}}
395 \caption{{\bf Accessing the built in Jalview documentation.}}
396 \label{help}
397 \end{center}
398 \end{figure}
399
400 \subsubsection{Email Lists}
401
402 The Jalview Discussion list {\tt jalview-discuss@jalview.org} provides a forum
403 for Jalview users and developers to raise problems and exchange ideas - any
404 problems, bugs, and requests for help should be raised here. The {\tt
405 jalview-announce@jalview.org} list can also be subscribed to if you wish to be
406 kept informed of new releases and developments. 
407
408 Archives and mailing list
409 subscription details can be found in the Jalview web site's \href{http://www.jalview.org/community}{community section}.
410
411 \section{Navigation}
412 \label{jvnavigation}
413 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.  
414
415  Jalview has two navigation and editing modes: {\bf normal mode}, where
416  editing and navigation is performed using the mouse, and {\bf cursor mode}
417  where editing and navigation are performed using the keyboard. The {\bf F2 key}
418  is used to switch between these two modes. With a Mac as the F2 is
419  often assigned to screen brightness, one may often need to  type {\bf function
420  [Fn] key with F2} function
421  [Fn]-F2.
422
423 \begin{figure}[htb]
424 \begin{center}
425 \includegraphics[width=6.5in]{images/jalview_anatomy.pdf}
426 \caption{{\bf The anatomy of Jalview.} The major features of the Jalview Desktop Application are labeled.}
427 % TODO: modify text labels to be clearer - black on grey and black border for clarity
428 \label{anatomy}
429 \end{center}
430 \end{figure}
431
432 \subsection{Navigation in Normal Mode}
433
434 Jalview always starts up in Normal mode, where the mouse is used to interact
435 with the displayed alignment view. You can move about the alignment by clicking
436 and dragging the ruler scroll bar to move horizontally, or by clicking and
437 dragging the alignment scroll bar to the right of the alignment to move
438 vertically.  If all the rows or columns in the alignment are displayed, the
439 scroll bars will not be visible.
440
441  Each alignment view shown in the alignment window presents a window onto the
442  visible regions of the alignment. This means that with anything more than a few
443  residues or sequences, alignments can become difficult to visualize on the
444  screen because only a small area can be shown at a time. It can help,
445  especially when examining a large alignment, to have an overview of the whole
446  alignment. Select {\sl View $\Rightarrow$ Overview Window} from the Alignment
447  window menu bar (Figure \ref{overview}\footnote{the menu shown in this figure
448  is from Jalview 2.2, later versions have more options.}).
449 % (Figure4)
450 \begin{figure}[htbp]
451 \begin{center}
452 \includegraphics[width=4.5in]{images/overview.pdf}
453 \caption{{\bf Alignment Overview Window.} The overview window for a view is opened from the {\em View} menu.}
454 \label{overview}
455 \end{center}
456 \end{figure}
457
458 The red box in the overview window shows the current view in the alignment
459 window. A percent identity histogram is plotted below the alignment overview.
460 Shaded parts indicate rows and columns of the alignment that are hidden (in this
461 case, a single row at the bottom of the alignment - see Section
462 \ref{hidingregions}). You can navigate around the alignment by dragging the red
463 box. 
464
465 %Try this now and see how the view in the alignment window changes.
466
467 \parbox[c]{3in}{Alignment and analysis windows are closed by clicking on the
468 usual `close' icon (indicated by arrows on Mac OS X). If you want to close all
469 the alignments and analysis windows at once, then use the {\sl Window
470 $\Rightarrow$ Close All} option from the Jalview desktop.
471
472 {\bf \em{Warning: make sure you have saved your work because this cannot be
473 undone!}} }
474 \parbox[c]{3in}{\centerline{\includegraphics[width=2.5in]{images/start_closeall.pdf}
475 }}
476
477 \subsection{Navigation in Cursor Mode}
478 \label{cursormode}
479 \parbox[c]{5in}{Cursor mode navigation enables the user to quickly
480 and precisely navigate, select and edit parts of an alignment. On pressing F2 to
481 enter cursor mode the position of the cursor is indicated by a black background
482 and white text. The cursor can be placed using the mouse or moved by pressing
483 the arrow keys ($\uparrow$, $\downarrow$, $\leftarrow$, $\rightarrow$).
484 }\parbox[c]{1.25in}{\centerline{\includegraphics[width=0.8in]{images/cursor1.pdf}}}
485
486 Rapid movement to specific positions is accomplished as listed below:
487 \begin{list}{$\circ$}{}
488 \item {\bf Jump to Sequence {\sl n}:} Type a number {\sl n} then press [S] to
489 move to sequence (row). {\sl n}
490 \item {\bf Jump to Column {\sl n}:} Type a number {\sl n} then press [C] to move to column {\sl n} in the alignment.  
491 \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.  
492 \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]. 
493 \end{list}
494 \subsection{The Find Dialog Box}
495 \label{searchfunction}
496 A further option for navigation is to use the {\sl Select $\Rightarrow$
497 Find\ldots} function. This opens a dialog box into which can be entered regular
498 expressions for searching sequences and sequence IDs, or sequence numbers.
499 Hitting the [Find next] button will highlight the first (or next) occurrence of
500 that pattern in the sequence ID panel or the alignment, and will adjust the view
501 in order to display the highlighted region. The Jalview Help provides
502 comprehensive documentation for this function, and a quick guide to the regular
503 expressions that can be used with it.
504 %TODO insert a figure for the Find dialog box
505
506 \exercise{Navigation}{
507 Jalview has two navigation and editing modes: {\bf normal} mode (where editing
508 and navigation are via the mouse) and the {\bf cursor} mode (where editing and
509 navigation are via the keyboard).
510 The {\bf F2 key} is used to switch between these two modes. With a Mac often
511 need to type function  {\bf Fn key and F2}, as button is often assigned to
512 screen brightness. Jalview always starts up in {\bf normal mode}.
513
514 \exstep{Load an example alignment from its URL
515 (\url{http://www.jalview.org/examples/exampleFile_2_7.jar}) via the Desktop
516 using {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} dialog
517 box.
518 (The URL should be stored in its history and clicking on the {\sl down arrow} is
519 an easy way to access it.)}
520 \exstep{Scroll around the alignment using the alignment (vertical) and ruler (horizontal) scroll bars.}
521 \exstep{Find the Overview Window, {\sl Views
522 $\Rightarrow$ Overview Window} and open it. Move around the
523 alignment by clicking and dragging the red box in the overview window.}
524 \exstep{Return to the alignment window. Look at the status bar (lower left hand
525 corner of the alignment window) as you move the mouse over the alignment. It indicates information about the
526 sequence and residue under the cursor.}
527 \exstep{Press [F2] key (or [Fn]/[F2] on Mac) to enter {\bf Cursor mode}. Use
528 the direction keys to move the cursor around the alignment.}
529 \exstep{Move to sequence 7 by pressing {\bf 7 S}. Move to column 18 by pressing
530 {\bf 1 8 C}. Move to residue 18 by pressing {\bf 1 8 P}. Note that these can be
531 two different positions if gaps are inserted into the sequence. Move to sequence 5,
532 column 13 by typing {\bf 1 3 , 5 [RETURN]}.}
533
534 {\bf Note:} To view Jalview's comprehensive on-line help documentations select
535 Help on desktop menu, clicking on Documentation will open a Documentation
536 window. Select topic from the navigation panel on the left hand side or use the
537 Search tab to select specific key words.
538 {\bf Help navigating is available in videos on the Getting Started page
539 of the Jalview website at \url{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}}
540 }
541
542 \section{Loading Sequences and Alignments}
543 \label{loadingseqs}
544 %Jalview provides many ways to load your own sequences. %For this section of the
545 % tutorial you will need to download the file http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa to a suitable location on your hard drive.
546 \subsection{Drag and Drop}
547         In most operating systems you can just drag a file icon from a file browser
548         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.
549         Drag and drop also works when loading data from a URL -
550 simply drag the link or url from the address panel of your browser on to an
551 alignment or the Jalview desktop background and Jalview will load data from the
552 URL directly.
553 %  (Figure \ref{drag})
554 % %[fig 5]
555 % \begin{figure}[htbp]
556 % \begin{center}
557 % \includegraphics[width=2in]{images/drag2.pdf}
558 % \includegraphics[width=2in]{images/drag3.pdf}
559 % \caption{{\bf An alignment can be opened by dragging the file onto the Jalview window. }}
560 % \label{drag}
561 % \end{center}
562 % \end{figure}
563
564 % %\includegraphics[width=2in]{images/drag1.pdf}
565
566
567 \subsection{From a File}
568 Jalview can read sequence alignments from a sequence alignment file. This is a
569 text file, {\bf not} a word processor document. For entering sequences from a
570 wordprocessor document see Cut and Paste  (Section \ref{cutpaste}) below. Select
571 {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From File} from the main
572 menu (Figure \ref{loadfile}). You will then get a file selection window where
573 you can choose the file to open. Remember to select the appropriate file type.
574 Jalview can automatically identify some sequence file formats.
575
576 %[fig 6]
577 \begin{figure}[htbp]
578 \begin{center}
579 \includegraphics[width=2in]{images/loadfilebox.pdf}
580 %\includegraphics[width=2in]{images/loadfilebox2.pdf}
581 \includegraphics[width=3in]{images/loadfileboxdrop.pdf}
582 \caption{{\bf Opening an alignment from a file saved on disk. }}
583 \label{loadfile}
584 \end{center}
585 \end{figure}
586
587 \subsection{From a URL}
588 Jalview can read sequence alignments directly from a URL. Please note that the
589 files must be in a sequence alignment format - an HTML alignment or graphics
590 file cannot be read by Jalview.
591 Select {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} from the
592 main menu and a window will appear asking you to enter the URL (Figure
593 \ref{loadurl}). Jalview will attempt to automatically discover the file format.
594
595 %[fig 7]
596 \begin{figure}[htbp]
597 \begin{center}
598 \includegraphics[width=2in]{images/menuloadurl.pdf}
599 \includegraphics[width=3in]{images/loadurlbox.pdf}
600 \caption{{\bf Opening an alignment from a URL. }}
601 \label{loadurl}
602 \end{center}
603 \end{figure}
604
605 \subsection{Cut and Paste}
606 \label{cutpaste}
607 Documents such as those produced by Microsoft Word cannot be readily understood
608 by Jalview. The way to read sequences from these documents is to select the
609 data from the document and copy it to the clipboard. There are two ways to
610 do this. One is to right-click on the desktop background, and select the
611 `Paste to new alignment' option in the menu that appears. The other is to select
612 {\sl File $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From Textbox} from the
613 main menu, and paste the sequences into the textbox window that will appear
614 (Figure \ref{loadtext}). In both cases, presuming that they are in the right
615 format, Jalview will happily read them into a new alignment window.
616 %[fig 8]
617
618 \begin{figure}[htbp]
619 \begin{center}
620 \includegraphics[width=2in]{images/menuloadtext.pdf}
621 \includegraphics[width=3in]{images/loadtextbox.pdf}
622 \caption{{\bf Opening an alignment from pasted text. }}
623 \label{loadtext}
624 \end{center}
625 \end{figure}
626
627
628 \subsection{From a Public Database}
629 \label{fetchseq}
630 Jalview can retrieve sequences and sequence alignments from the public databases
631 housed at the European Bioinformatics Institute, including Uniprot, Pfam, Rfam
632 and the PDB, as well as any DAS sequence server registered at the configured DAS
633 registry. Jalview's sequence fetching capabilities allow you to avoid having to
634 manually locate and save sequences from a web page before loading them into
635 Jalview. It also allows Jalview to gather additional metadata provided by the
636 source, such as annotation and database cross-references.
637 Select {\sl File $\Rightarrow$ Fetch Sequence(s) \ldots} from the main menu and
638 a window will appear (Figure \ref{loadseq}). Pressing the database selection
639 button in the dialog box opens a new window showing all the database sources
640 Jalview can access (grouped by the type of database). Once you've selected the
641 appropriate database, hit OK close the database selection window, and then enter
642 one or several database IDs or accession numbers separated by a semicolon and
643 press OK. Jalview will then attempt to retrieve them from the chosen database.
644 Example queries are provided for some databases to test that a source is
645 operational, and can also be used as a guide for the type of accession numbers
646 understood by the source.\footnote{Most DAS sources support {\em range queries}
647 that can be used to download just a particular range from a sequence database
648 record.}
649 % [fig 9]
650 \begin{figure}[htbp]
651 \begin{center}
652 \includegraphics[width=5in]{images/fetchseq.pdf}
653 \caption{{\bf Retrieving sequences from a public database.}}
654 \label{loadseq}
655 \end{center}
656 \end{figure}
657  
658 \subsection{Memory Limits}
659 \label{memorylimits}
660 Jalview is a Java program. One unfortunate implication of this is that Jalview
661 cannot dynamically request additional memory from the operating system. It is
662 important, therefore, that you ensure that you have allocated enough memory to
663 work with your data. On most occasions, Jalview will warn you when you have
664 tried to load an alignment that is too big to fit in to memory (for instance,
665 some of the PFAM alignments are {\bf very} large). You can find out how much
666 memory is available to Jalview with the desktop window's {\sl $\Rightarrow$
667 Tools $\Rightarrow$ Show Memory Usage} function, which enables the display of
668 the currently available memory at the bottom left hand side of the Desktop
669 window's background. Should you need to increase the amount of memory available
670 to Jalview, full instructions are given in the built in documentation (opened by
671 selecting {\sl Help $\Rightarrow$ Documentation}) and on the JVM memory
672 parameters page (\url{http://www.jalview.org/jvmmemoryparams.html}).
673
674 \exercise{Loading Sequences}{
675 \label{load}
676 \exstep{Use {\sl Window $\Rightarrow$ Close All} from the Desktop window menu to
677 close all windows.}
678 \exstep{{\bf Loading sequences from URL:} Selecting File {\sl $\Rightarrow$
679 Input Alignment $\Rightarrow$ From URL} from the Desktop and enter \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa} in the box.
680
681 Click OK to load the alignment.}
682 \exstep{{\bf Loading sequences from a file:} Close all windows using the
683 {\sl Window $\Rightarrow$ Close All} menu option from the Desktop.
684 Then type the same URL (\url{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}) into
685 your web browser and {\bf save} the file to your desktop.
686 Open the file you have just saved in Jalview by selecting {\sl File
687 $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From File} from the desktop menu and
688 selecting this file.
689 Click OK to load.}
690 \exstep{{\bf Loading sequences by `Drag and Drop' / `Cut and Paste':}
691
692 (i) Select {\sl Desktop $\Rightarrow$ Window
693 $\Rightarrow$ Close All}. Then drag the alignment.fa file from the desktop and
694 drop it onto the Jalview window, the alignment should open.
695
696 Test the differences
697 between (a) dragging the sequence onto the Jalview desktop  and (b)
698 dragging the sequence onto an existing alignment window.
699
700 (ii) Open \url{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa} in a
701 web browser. Drag the URL directly from browser onto Jalview desktop. (If
702 the URL is downloaded, then locate the file in your
703 download directory and open it in a text editor.)
704
705 (iii) Open the alignment.fa file using text editor. Copy the sequence text from the
706 file into the clipboard and paste it into the desktop
707 background by right-clicking and selecting Paste to new alignment option.
708
709 (iv) In the text editor, copy the sequence text from
710 alignment.fa  into the clipboard (usually {\sl via} the browser's {\sl Edit
711 $\Rightarrow$ Copy} menu option). In the Desktop menu, select {\sl File
712 $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From Textbox}.
713 Paste the clipboard into the large window using the {\sl Edit $\Rightarrow$
714 Paste} text box menu option. Click {\sl New Window} and the alignment will be
715 loaded.}
716 \exstep{{\bf Loading sequences from Public Database:} Select {\sl File
717 $\Rightarrow$ Fetch Sequence(s)...} from the Desktop to open up new window
718 called New Sequence Fetcher.
719 Press database selection button (top of the dialog box), this opens
720 another window called Select Database Retrieval Source showing all the database
721 sources.
722
723 Select the {\bf PFAM seed} database and click OK, then enter the accession
724 number {\bf PF03460} and click OK. An alignment of about 174 sequences should
725 load. These can be viewed using the Overview window accessible from {\sl View
726 $\Rightarrow$ Overview Window.}
727 Several database IDs can be loaded by using semicolons to separate them.}
728 {\bf Help loading sequences is available in videos on the Getting Started page
729 of the Jalview website at \url{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}.}
730 }
731
732 \section{Saving Sequences and Alignments}
733 \label{savingalignments} 
734 \subsection{Saving Alignments} Jalview allows the
735 current sequence alignments to be saved to file so they can be restored at a
736 later date, passed to colleagues or analysed in other programs. From the
737 alignment window menu select {\sl File $\Rightarrow$ Save As} and a dialog box
738 will appear (Figure \ref{savealign}). You can navigate to an appropriate
739 directory in which to save the alignment. Jalview will remember the last filename
740 and format used to save (or load) the alignment, enabling you to quickly save
741 the file during or after editing by using the {\sl File $\Rightarrow$ Save} entry.
742
743 Jalview offers several different formats in which an alignment can be saved. The
744 jalview format (.jar) is the only format which will preserve the colours,
745 groupings and other additional information in the alignment. The other formats
746 produce text files containing just the sequences with no visualization information, although some
747 allow limited annotation and sequence features to be stored (e.g. AMSA).
748 Unfortunately only Jalview program can read Jalview files. The {\sl File
749 $\Rightarrow$ Output To Textbox} menu option allows the alignment to be copied and pasted into
750 other documents or web servers.
751
752 %[fig 10]
753 \begin{figure}[htbp]
754 \begin{center}
755 \parbox[c]{1.0in}{
756 \includegraphics[width=1.0in]{images/saveas.pdf}
757 }
758 \parbox[c]{4in}{
759 \includegraphics[width=4in]{images/saveas2.pdf}
760 }
761 \caption{{\bf Saving alignments in Jalview to disk.}}
762 \label{savealign}
763 \end{center}
764 \end{figure}
765
766 \subsection{Jalview Projects}
767 \parbox[c]{4in}{If you wish to save a complete Jalview session rather than
768 just a single alignment (e.g. because you have calculated trees or multiple
769 different alignments) then save your work as a Jalview Project
770 file (.jvp).\footnote{Tip: Ensure that you have allocated plenty of memory to
771 Jalview when working with large alignments in Jalview projects. See Section \protect
772 \ref{memorylimits} above for how to do this.}
773 From the main menu select {\sl File $\Rightarrow$ Save Project} and a file save
774 dialog box will appear. Loading a project will restore Jalview to exactly the
775 view at which the file was saved, complete with all alignments, trees,
776 annotation and displayed structures rendered appropriately.
777 } \parbox[c]{2in}{ \centerline {
778 \includegraphics[width=1.5in]{images/saveproj.pdf} }}
779
780 \exercise{Saving Alignments}{
781 \label{save}
782 \exstep{Launch Jalview, or use close all windows.
783 Load the ferredoxin
784 alignment from PFAM (seed) data base using the PFAM seed accession number
785 PF03460 (see Exercise \ref{load}). } \exstep{
786
787 Select {\sl File $\Rightarrow$ Save As} from the alignment window menu. Choose a
788 location into which to save the alignment and select your preferred format. All
789 formats except {\sl  Jalview } jvp can be viewed in a normal text editor (e.g.
790 Notepad) or in a web browser.
791 Enter a file name and click {\sl Save}.
792
793 Check this file by closing all windows and opening it with Jalview, or by
794 browsing to it with your web browser.}
795 \exstep{ Repeat the previous step saving the files in different file formats.}
796 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Output to Textbox $\Rightarrow$ FASTA}.
797 Select and copy this alignment to the clipboard using the textbox menu options
798 {\sl Edit $\Rightarrow$ Select All} followed by {\sl Edit $\Rightarrow$ Copy}.
799 The alignment can then be pasted into any application of choice, e.g. a word processor or web form.
800 }
801 \exstep{Ensure at least one alignment window is active in Jalview. Open the
802 overview window {\sl View $\Rightarrow$ Overview Window}
803  and scroll red box to any part of the alignment.
804 Select {\sl File
805 $\Rightarrow$ Save Project} from the main menu and save the project in a
806 suitable folder.
807
808 Close all windows and then load the project {\sl via} the {\sl File
809 $\Rightarrow$ Load Project} menu option. Observe how all the windows and
810 positions are exactly as they were when they were saved. } 
811 {\bf Help saving sequences is available in videos on the Getting Started page
812 of the Jalview website at \url{http://www.jalview.org/Help/Getting-Started}.}}
813
814
815 \chapter{Selecting and Editing Sequences }
816 \label{jalviewediting}
817
818 \label{selectingandediting} 
819 Jalview makes extensive use of selections - most of the commands available from
820 its menus operate on the {\sl currently selected region} of the alignment, either to
821 change their appearance or perform some kind of analysis. This section
822 illustrates how to make and use selections and groups.
823
824 \section{Selecting Parts of an Alignment}
825 Selections can be of arbitrary regions in an alignment, one or more complete columns, or one or 
826 more complete sequences.
827 A selected region can be copied and pasted as a new alignment 
828 using the {\sl Edit $\Rightarrow$ Copy} and {\sl Edit $\Rightarrow$ Paste $\Rightarrow$ To New 
829 Alignment}  in the alignment window menu options.
830 {\bf To clear (unselect)  the selection press the [ESC] (escape) key.}
831
832 \subsection{Selecting Arbitrary Regions}
833 To select part of an alignment, place the mouse at the top left corner of the region you wish to select. Press and hold the mouse button and drag the mouse to the bottom right corner of the chosen region then release the mouse button. A dashed red box appears around the selected region (Figure \ref{select}). 
834 %[fig 12]
835
836 \begin{figure}[htbp]
837 \begin{center}
838 \includegraphics[width=4in]{images/select1.pdf}
839 \caption{{\bf Selecting a region in an alignment.}}
840 \label{select}
841 \end{center}
842 \end{figure}
843
844 \subsection{Selecting Columns}
845 To select the same residues in all sequences, click and drag along the alignment ruler.
846 This selects the entire column of the alignment. Ranges of positions from the
847 alignment ruler can also be selected by clicking on the first position and then
848 holding down the [SHIFT] key whilst clicking the other end of the selection.
849 Discontinuous regions can be selected by holding down [CTRL] and clicking on positions to add to the column selection. Note that each [CTRL]-Click changes the current selected sequence region to that column, but adds to the column selection. Selected columns are indicated by red highlighting in the ruler bar (Figure \ref{selectcols}).
850 %[fig 13]
851
852 \begin{figure}[htbp]
853 \begin{center}
854 \includegraphics[width=4in]{images/select2.pdf}
855 \caption{{\bf Selecting multiple columns in an alignment.} The red highlighting
856 on the alignment ruler marks the selected columns. Note that only the most
857 recently selected column has a dashed-box around it to indicate a region
858 selection. }
859 \label{selectcols}
860 \end{center}
861 \end{figure}
862
863 \subsection{Selecting Sequences}
864
865 \begin{figure}[htb]
866 \begin{center}
867 \includegraphics[width=4in]{images/select3.pdf}
868 \caption{{\bf Selecting multiple sequences in an alignment.} Use [CTRL] or [SHIFT] to select many sequences at once.}
869 \label{selectrows}
870 \end{center}
871 \end{figure}
872
873 To select multiple complete sequences, click and drag the mouse down the
874 sequence ID panel. The same techniques as used for columns (above) can be used
875 with [SHIFT]-Click for continuous and [CTRL]-Click to select discontinuous
876 ranges of sequences (Figure \ref{selectrows}).
877 %[fig 14]
878
879 \subsection{Making Selections in Cursor Mode}
880
881 To define a selection in cursor mode (which is enabled by pressing [F2] when the alignment window is selected),
882 navigate to the top left corner of the proposed selection (using the mouse, the arrow keys, or the keystroke
883 commands described in Section \ref{cursormode}). Pressing the [Q] key marks this as the
884 corner. A red outline appears around the cursor (Figure \ref{cselect}).
885
886 Navigate to the bottom right corner of the proposed selection and press the [M] key. This marks the bottom right corner of the selection. The selection can then be treated in the same way as if it had been created in normal mode.
887
888 \begin{figure}[htbp]
889 \begin{center}
890 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel1.pdf}
891 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel2.pdf}
892 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel3.pdf}
893 \includegraphics[width=1.5in]{images/csel4.pdf}
894 \caption{{\bf Making a selection in cursor mode.} Navigate to the top left
895 corner (left), press [Q], navigate to the bottom right corner and press [M] (right).}
896 \label{cselect}
897 \end{center}
898 \end{figure}
899
900 \begin{figure}
901 \begin{center}
902 \includegraphics[width=3in]{images/group1.pdf}
903 \includegraphics[width=1.5in]{images/newgroup.pdf}
904 \caption{{\bf Creating a new group from a selection.}}
905 \label{makegroup}
906 \end{center}
907 \end{figure}
908
909 \subsection{Inverting the Current Selection}
910 The current sequence or column selection can be inverted, using  {\sl Select
911 $\Rightarrow$ Invert Sequence/Column Selection} in the alignment window.
912 Inverting the selection is useful when selecting large regions in an alignment, 
913 simply select the region that is to be kept unselected, and then invert the selection.
914 This may also be useful when hiding large regions in an alignment (see Section \ref{hidingregions} 
915 below).
916 Instead of selecting the columns and rows that are to be hidden, simply select the 
917 region that is to be kept
918 visible, invert the selection, then select {\sl View $\Rightarrow$ Hide
919 $\Rightarrow$ Selected Region}.
920
921 \section{Creating Groups}
922 Selections are lost as soon as a different region is selected. Groups can be
923 created which are labeled regions of the alignment. To create a group, first
924 select the region which is to comprise the group. Then click the right mouse
925 button on the selection to bring up a context menu. Select {\sl Selection
926 $\Rightarrow$ Group $\Rightarrow$ Edit name and description of
927 current group}\footnote{In earlier versions of Jalview, this entry was variously
928 `Group', `Edit Group Name', or `JGroupXXXXX' (Where XXXXX was some serial
929 number).} then enter a name for the group in the dialogue box which appears.
930
931 By default the new group will have a box drawn around it. The appearance of the group can be changed (see Section \ref{colours} below). This group will stay defined even when the selection is removed.
932
933 \exercise{Making Selections and Groups}{
934 \label{exselect}
935 \exstep{Close windows.
936 Load the ferredoxin alignment (PF03460 from PFAM seed database).
937 Choose a residue and  place the mouse
938 cursor on it (Residue information will show in alignment window status
939 bar)
940 Click and drag the mouse to create a selection. As you drag, a red box
941 will `rubber band' out to 
942 show the extent of the selection.
943 Release the mouse
944 button and a red box borders the selected region.
945 Press [ESC] to clear this.}
946 \exstep{ Select one sequence by clicking on
947 the sequence ID panel. Note that the sequence ID takes on a highlighted
948 background and a red box appears around the selected sequence. 
949 Hold down [SHIFT] and click another sequence ID a few positions above or below. 
950 Note how the selection expands to include all the sequences between the two positions on which you clicked.
951 Hold down [CTRL] and then click on several sequences ID's both selected and
952 unselected. Note how unselected IDs are individually added to the selection and previously selected IDs are 
953 individually deselected.}
954 \exstep{ Select column by clicking on the Alignment Ruler. Note whole
955 column is highlighted with a red box.
956 Hold down [SHIFT] and click column beyond. Note the selection expands to include
957 all the sequences between the two positions on which you clicked.}
958
959 \exstep{ To selecting arbitrary regions in alignment, place the mouse at the top
960 left corner of the region you wish to select. Press and hold the mouse button. 
961 Drag the mouse to the bottom right corner of the chosen region and release the
962 mouse button and a dashed red box appears around the selected region}
963 \exstep{Enter Cursor mode using [F2] (or [Fn]-F2 for Macs).
964 Navigate to column 59, row 1 by pressing {\bf 5 9 , 1 [RETURN]}.
965 Press {\bf Q} to mark this position.
966 Navigate to column 65, row 8 by pressing {\bf 6 5 , 8 [RETURN]}. Press {\bf M}
967 to complete the selection. Note to clear the selection press the {\bf[ESC]}
968 key.}
969 \exstep{To create a {\bf group} from the selected the region, click the
970 right mouse button when mouse is on the selection, this opens a
971 pop-up menu in the alignment window.
972
973 Open the {\sl Selection $\Rightarrow$ Edit New Group $\Rightarrow$ Group Colour
974 } menu and select `Percentage Identity'.
975 This will turn the selected region into a group and colour it accordingly.}
976 \exstep{Hold down [CTRL] and use the mouse to select and deselect sequences in
977 the alignment by clicking on their Sequence ID label. Note how the group expands
978 to include newly selected sequences, and the `Percentage Identity' colouring changes. }
979 \exstep{ Another way to resize the group is by using the mouse to click and drag
980 the right-hand edge of the selected group.}
981
982 \exstep{The current selection can be {\bf exported} and saved by right clicking
983 on the text area to open the Sequence ID pop-up menu. Follow the menus and pick an
984 output format (eg BLC) from the {\sl Selection $\Rightarrow$ Output to Textbox
985 \ldots} submenu.
986 }
987 \exstep{In the alignment output window, try manually editing the alignment,
988 importing group into a new alignment window by clicking the [New Window] button to import the
989 file into a new alignment window.}
990 {\bf Additional help is available from videos on the Jalview website at \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}
991 % more? change colouring style. set border colour.
992 }
993
994 \section{Exporting the Current Selection}
995 The current selection can be copied to the clipboard (in PFAM format). It can
996 also be output to a textbox using the output functions in the pop-up menu
997 obtained by right clicking the current selection. The textbox enables quick
998 manual editing of the alignment prior to importing it into a new window (using
999 the [New Window] button) or saving to a file with the {\sl File $\Rightarrow$
1000 Save As } pulldown menu option from the text box.
1001
1002 \section{Reordering an Alignment}
1003 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.
1004
1005 \begin{figure}[htbp]
1006 \begin{center}
1007 \includegraphics[width=3in]{images/move1.pdf}
1008 \includegraphics[width=3in]{images/move2.pdf}
1009 \caption{{\bf Reordering the alignment.} The selected sequence moves up one
1010 position on pressing the $\uparrow$ key.}
1011 \label{reorder}
1012 \end{center}
1013 \end{figure}
1014
1015 \exercise{Reordering the Alignment}{
1016 \exstep{Close all windows in Jalview from desktop. Load the ferredoxin alignment (e.g.the
1017 PFAM domain PF03460 from PFAM seed).
1018 Select one of the sequence in the sequence ID panel, use the up and down
1019 arrow keys to alter the sequence's position in the alignment. (Note that
1020 this will not work in cursor mode)}
1021 \exstep{To select and move multiple
1022 sequences, use hold [SHIFT] and [CTRL], and select two sequences separated by
1023 one or more un-selected sequences. Note how multiple sequences are grouped
1024 together when they are re-ordered using the up and down arrow keys.}
1025 {\bf Additional help is available from videos on the Jalview website
1026 at \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}.}}
1027
1028
1029 \section{Hiding Regions}
1030 \label{hidingregions}
1031 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}).
1032
1033 To hide a set of sequences, select them and right-click the mouse on the
1034 selected sequence IDs to bring up the context pop-up menu. Select {\sl Hide
1035 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.
1036
1037
1038  \begin{figure}[htbp]
1039 \begin{center}
1040 \includegraphics[width=1.5in]{images/hide1.pdf}
1041 \includegraphics[width=2.5in]{images/hide2.pdf}
1042 \includegraphics[width=1.75in]{images/hide3.pdf}
1043 \caption{{\bf Hiding Sequences} Hidden sequences are represented by a small blue
1044 triangle in the sequence ID panel.}
1045 \label{hideseq}
1046 \end{center}
1047 \end{figure}
1048
1049 A similar mechanism applies to columns (Figure \ref{hidecol}). Selected columns
1050 (indicated by a red marker) can be hidden and revealed in the same way {\sl via}
1051 the context pop-up menu by right clicking on the ruler bar. The hidden column
1052 selection is indicated by a small blue triangle in the ruler bar.
1053
1054  \begin{figure}[htbp]
1055 \begin{center}
1056 \includegraphics[width=2in]{images/hide4.pdf}
1057 \includegraphics[width=3in]{images/hide5.pdf}
1058 \includegraphics[width=1in]{images/hide6.pdf}
1059 \caption{{\bf Hiding Columns} Hidden columns are represented by a small blue
1060 triangle in the ruler bar.}
1061 \label{hidecol}
1062 \end{center}
1063 \end{figure}
1064
1065 It is often easier to select the region that you intend to work with, rather
1066 than the regions that you want to hide. In this case, select the required region and use the {\sl View $\Rightarrow$ Hide
1067 $\Rightarrow$ All but Selected Region } menu entry, or press [Shift]+[Ctrl]+H
1068 to hide the unselected region.
1069
1070 \subsection{Representing a Group with a Single Sequence}
1071
1072 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. 
1073
1074 \exercise{Hiding and Revealing Regions}{
1075 \exstep{Close all windows, open the PFAM accession PF03460. Select a
1076 contiguous set of sequences by clicking and dragging on the sequence ID panel.
1077 Right click on the selected sequence IDs to bring up the sequence ID pop-up
1078 menu, select {\sl Hide Sequences}.
1079 }
1080 \exstep{
1081 Right click on the blue triangle indicating hidden sequences and select {\sl
1082 Reveal Sequences} in the panel. (If you have hidden all sequences then you will
1083 need to use the alignment window menu option {\sl View $\Rightarrow$ Show $\Rightarrow$ 
1084 All Sequences.}) }
1085 \exstep{
1086 Repeat the process but use a non-contiguous set of sequences. Note that when
1087 multiple regions are hidden there are two options, {\sl Reveal Sequences} and {\sl Reveal All}.
1088 }
1089 \exstep{Repeat the above using columns to hide and reveal columns
1090 instead of sequences.}
1091 \exstep{Select a region of the alignment, then add in some additional columns to
1092 the selection, and experiment with the `Hide all but selected region' function
1093 in {\sl View $\Rightarrow$ Hide $\Rightarrow$ All but selected region.}}
1094 \exstep{Select some sequences and pick one to represent the rest by hovering
1095 the mouse over this sequence. Bring up the Sequence ID pop-up menu by right
1096 clicking and then select {\sl (Sequence ID name) $\Rightarrow$ Represent group
1097 with (Sequence ID name )}. To reveal these hidden sequences, right click on the
1098 Sequence ID and in the pop-up menu select Reveal All.}
1099 {\bf Additional help is available from videos on the Jalview
1100 website at \url{http://www.jalview.org/training/Training-Videos}}}
1101
1102
1103 \begin{figure}[htb]
1104 \begin{center}
1105 \includegraphics[width=3in]{images/edit1.pdf}
1106 \includegraphics[width=3in]{images/edit2.pdf}
1107 \caption{{\bf Introducing gaps in a single sequence.} Gaps are introduced as the
1108 selected sequence is dragged to the right while pressing and holding [SHIFT].}
1109 \label{gapseq}
1110 \end{center}
1111 \end{figure}
1112
1113 \begin{figure}[htb]
1114 \begin{center}
1115 \includegraphics[width=3in]{images/edit3.pdf}
1116 \includegraphics[width=3in]{images/edit4.pdf}
1117 \caption{{\bf Introducing gaps in a group.} Gaps are introduced as the selected
1118 group is dragged to the right with [CTRL] pressed.}
1119 \label{gapgroup}
1120 \end{center}
1121 \end{figure}
1122
1123 \section{Introducing and Removing Gaps}
1124 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).
1125
1126 \subsection{Locked Editing}
1127 \label{lockededits}
1128 The Jalview alignment editing model is different to that used in other alignment
1129 editors. Because edits are restricted to the insertion and deletion of gaps to the left of a particular sequence position, 
1130 editing has the effect of shifting the rest of the sequence(s) being edited down or up-stream with respect to the rest of 
1131 alignment. The {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps} option can be enabled to eliminate `ragged edges' at the end of the alignment, 
1132 but does not avoid the `knock-on' effect which is sometimes undesirable. 
1133 However, its effect can be limited by performing the edit within a selected region. 
1134 In this case, gaps will only be removed or inserted within the selected region. 
1135 Edits are similarly constrained when they occur adjacent to a hidden column.
1136
1137 \subsection{Introducing Gaps in a Single Sequence}
1138 To introduce a gap, first select the sequence in the sequence ID panel and
1139 then place the cursor on the residue to the immediate right of where the gap
1140 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.
1141
1142 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.
1143
1144 \subsection{Introducing Gaps in all Sequences of a Group}
1145 To insert gaps in all sequences in a selection or group, select the
1146 required sequences in the sequence ID panel and then place the mouse cursor on
1147 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.
1148
1149 Gaps can be removed by dragging the residue to the immediate right of the gap
1150 leftwards whilst holding down [SHIFT] (for single sequences) or [CTRL] (for a group of sequences).
1151
1152 \subsection{Sliding Sequences}
1153 Pressing the [$\leftarrow$] or [$\rightarrow$] arrow keys when one or more
1154 sequences are selected will ``slide'' the entire selected sequences to the left
1155 or right (respectively). Slides occur regardless of the region selection -
1156 which, for example, allows you to easily reposition misaligned subfamilies
1157 within a larger alignment.
1158 % % better idea to introduce hiding sequences, and use the invert selection, hide
1159 % others, to simplify manual alignment construction
1160
1161 \exercise{Editing Alignments}
1162   %\label{mousealedit}
1163 % TODO: VERIFY FOR 2.6.1 and 2.7 - NUMBERING/INSTRUCTIONS APPEAR OFF
1164 {You are going to manually reconstruct part of the example Jalview
1165 alignment available at
1166  \href{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}
1167  {http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}.
1168 Remember to use [CTRL]+Z to undo an edit, or the {\sl File $\Rightarrow$
1169  Reload } function to revert the alignment back to the original version if you
1170  want to start again.
1171 If you are using OSX, and a key combination - such as [CTRL]+A - does
1172  not work, then try pressing the [CMD] key instead of [CTRL].
1173
1174 \exstep{ Load the URL
1175 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa} which contains part of the
1176 ferredoxin alignment from PF03460.}
1177
1178 \exstep{ Select the first 7 sequences, and press H to hide them (or right click
1179 on the sequence IDs to open the sequence ID pop-up menu, and select {\sl Hide
1180 Sequences}).}
1181
1182 \exstep{ Select FER3\_RAPSA and FER\_BRANA. Slide the sequences to
1183 the right so the initial {\bf A} lies at column 57 using the $\Rightarrow$ key.}
1184
1185 \exstep{ Select FER1\_SPIOL, FER1\_ARATH, FER2\_ARATH, Q93Z60\_ARATH and
1186 O80429\_MAIZE
1187 (Hint: you can do this by pressing [CTRL]-I to invert the sequence selection and then
1188 deselect FER1\_MAIZE), and use the $\Rightarrow$ key to slide them to so they
1189 begin at column 5 of the alignment view.} 
1190
1191 \exstep{ Select all the visible
1192 sequences (those not hidden) in the block by pressing [CTRL]-A.
1193 Insert a single
1194 gap in all selected sequences at column 38 of the alignment by holding [CTRL]
1195 and clicking on the R at column 38 in the FER1\_SPIOL, then drag one
1196 column to right.
1197 Insert another gap at column 47 in all sequences in the same way.}
1198
1199 \exstep{ Correct the ferredoxin domain alignment for FER1\_SPIOL by
1200 inserting two additional gaps after the gap at column 47: First press [ESC] to
1201 clear the selection, then hold [SHIFT] and click and drag on the G and move it
1202 two columns to the right.}
1203
1204 \exstep{ Now complete the
1205 alignment of FER1\_SPIOL with a {\bf locked edit} by pressing [ESC] and select
1206 columns 47 to 57 of the FER1\_SPIOL row. Move the mouse onto the G at column 50,
1207 hold [SHIFT] and drag the G in column 47 of FER1\_SPIOL to the left by one
1208 column to insert a gap at column 57.}
1209
1210 \exstep{ In the next two steps you will complete the alignment of the last two 
1211 sequences.
1212
1213 Select the last two sequences (FER1\_MAIZE and O80429\_MAIZE), then press [SHIFT]
1214 and click and drag the initial methionine of O80429\_MAIZE 5 columns to the right
1215 so it lies at column 10.
1216
1217 Keep holding [SHIFT] and click and drag to insert
1218 another gap at the proline at column 25 (25C in cursor mode). Remove the gap at
1219 column 44, and insert 4 gaps at column 47 (after AAPM).}
1220
1221 \exstep{ Hold [SHIFT] and drag the I at column 39 of FER1\_MAIZE 2 columns to the
1222 right. Remove the gap at FER1\_MAIZE column 49 by [SHIFT]+click and drag left by
1223 one column. Press [ESC] to clear the selection, and then insert three gaps in
1224 FER1\_MAIZE at column 47 by holding [SHIFT] and click and drag the S in FER1\_MAIZE to the right by three columns. Finally,
1225 remove the gap in O80429\_MAIZE at column 56 using [SHIFT]-drag to the left on
1226 56C.}
1227
1228 \exstep{ Use the
1229 {\sl Edit $\Rightarrow$ Undo Edit} and {\sl Edit $\Rightarrow$ Redo Edit} menu
1230 option, or their keyboard shortcuts ([CTRL]+Z and [CTRL]+Y) to step 
1231 backwards and replay the edits you have made.}
1232 }
1233
1234 \subsection{Editing in Cursor mode}
1235 Gaps can be easily inserted when in cursor mode (toggled with [F2]) by
1236 pressing [SPACE]. Gaps will be inserted at the cursor, shifting the residue
1237 under the cursor to the right. To insert {\sl n} gaps type {\sl n} and then
1238 press [SPACE]. To insert gaps into all sequences of a group, use [CTRL]-[SPACE]
1239 or [SHIFT]-[SPACE] (both keys held down together).
1240
1241 Gaps can be removed in cursor mode by pressing [BACKSPACE]. First make sure you
1242 have everything unselected by pressing ESC. The gap under the cursor will be
1243 removed. To remove {\sl n} gaps, type {\sl n} and then press [BACKSPACE]. Gaps
1244 will be deleted up to the number specified. To delete gaps from all sequences of
1245 a group, press [CTRL]-[BACKSPACE] or [SHIFT]-[BACKSPACE] (both keys held down
1246 together). Note that the deletion will only occur if the gaps are in the same
1247 columns in all sequences in the selected group, and those columns are to the
1248 right of the selected residue.
1249
1250 \section{Undoing Edits}
1251 Jalview supports the undoing of edits {\sl via} the {\sl Edit $\Rightarrow$ Undo Edit}
1252 alignment window menu option, or CTRL-Z. An edit, if undone, may be re-applied
1253 with {\sl Edit $\Rightarrow$ Redo Edit}, or CTRL-Y. Note, however, that the
1254 {\sl Undo} function only works for edits to the alignment or sequence ordering.
1255 Colouring of the alignment, showing and hiding of sequences or modification of
1256 annotation cannot be undone.
1257
1258 \exercise{Keyboard Edits}
1259 {This continues on from exercise
1260 \ref{mousealedit}, and recreates the final part of the example ferredoxin
1261 alignment from the unaligned sequences using Jalview's keyboard editing mode.
1262
1263 {\bf Note:} For Mac users, [CTRL]-[SPACE] command
1264 has the same effect as the [SHIFT]-[SPACE] command mentioned in this exercise.
1265 Window users should use [SHIFT]-[SPACE] rather than the [CTRL]-[SPACE] command,
1266 as this command will close the window.
1267
1268 \exstep{Load the sequence alignment at
1269 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa}, or continue using the
1270 edited alignment from exercise \ref{mousealedit}.  If you continue from the
1271 previous exercise, first right click on the sequence ID panel and select
1272 {\sl Reveal All}. Enter cursor mode by pressing [F2].}
1273 % TODO: BACKSPACE or DELETE WHEN SEQS ARE SELECTED WILL DELETE ALL SEQS JAL-783
1274
1275 \exstep{Insert 58 gaps at the start of the sequence 1 (FER\_CAPAA). Press
1276 {\sl 58} then {\sl [SPACE]}. }
1277
1278 \exstep{Go down one sequence and select rows 2-5 as a block. Click on the second sequence ID (FER\_CAPAN).
1279  Hold down shift and click on the fifth (FER1\_PEA). }
1280
1281 \exstep{Insert 6 gaps at the start of this group. Go to column 1 row 2 by typing
1282 {\sl 1,2} then press {\sl [RETURN]}. Now insert 6 gaps in all the sequences.
1283 Type {\sl 6} then hold down {\sl [SHIFT]} and press {\sl [SPACE]}.}
1284 \exstep{Now insert one gap at column 34 and another at 38. Insert 3 gaps at 47.
1285 Press {\sl 34C} then {\sl [SHIFT]-[SPACE]}.  Press {\sl 38C} then
1286 [SHIFT]-[SPACE].
1287 Press {\sl 47C} then {\sl 3 [SHIFT-SPACE]} the first through fourth sequences
1288 are now aligned.}
1289 \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]} .}
1290 \exstep{ Similarly delete the gap now at column 34, then insert two gaps at
1291 column 38.
1292 Press {\sl 34C [BACKSPACE]  38C 2 [SPACE]}. Delete three gaps at column 44 and
1293 insert one at column 47 by pressing {\sl 44C 3 [BACKSPACE] 47C [SPACE]}.  The top five sequences are 
1294 now aligned.}
1295 }
1296
1297 \chapter{Colouring Sequences and Figure Generation}
1298 \label{colouringfigures}
1299 \section{Colouring Sequences}
1300 \label{colours}
1301
1302 Colouring sequences is a key aspect of alignment presentation. Jalview allows
1303 you to colour the whole alignment, or just specific groups. Alignment and
1304 group colours are rendered
1305 {\sl below} any other colours, such as those arising from sequence features
1306 (these are described in Section \ref{featannot}). This means that if you
1307 try to apply one of the colourschemes described in this section, and nothing
1308 appears to happen, it may be that you have sequence feature annotation
1309 displayed, and you may have to disable it using the {\sl View $\Rightarrow$
1310 Show Features} option before you can see your colourscheme.
1311
1312 There are two main types of colouring styles: {\bf simple static residue}
1313 colourschemes and {\bf dynamic schemes} which use conservation and consensus
1314 analysis to control colouring. {\bf Hybrid colouring} is also possible, where
1315 static residue schemes are modified using a dynamic scheme. The individual schemes are described in Section \ref{colscheme} below.
1316
1317 \subsection{Colouring the Whole Alignment}
1318
1319 \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. 
1320
1321 }\parbox[c]{3in}{
1322 \centerline {
1323 \includegraphics[width=2.5in]{images/colour2.pdf}
1324 }
1325 }
1326
1327 \subsection{Colouring a Group or Selection}
1328
1329 Selections or groups can be coloured in two ways. The first is {\sl via} the Alignment Window's {\sl Colour} menu as stated above,
1330  after first ensuring that the {\sl Apply Colour To All Groups} flag is {\bf
1331  not} selected.
1332  This must be turned {\sl off} specifically as it is {\sl on} by default. 
1333  When unticked, selections from the Colours menu will only change the colour for residues in the current selection, 
1334  or the alignment view's ``background colourscheme'' when no selection exists.
1335
1336 The second method is to select sequences and right click mouse to open pop-up
1337 menu and select {\sl Selection $\Rightarrow$ Edit New Group $\Rightarrow$ Group
1338 Colour} from context menu options
1339 (Figure \ref{colgrp}). This only changes the colour of the current selection or group.
1340
1341 \begin{figure}[htbp]
1342 \begin{center}
1343 %TODO update group_col.pdf to show latest jalview group edit submenu
1344 \includegraphics[width=4in]{images/group_col.pdf}
1345 \caption{{\bf Colouring a group via the context menu.}}
1346 \label{colgrp}
1347 \end{center}
1348 \end{figure}
1349
1350 \subsection{Shading by Conservation}
1351 For many colour schemes, the intensity of the colour in a column can be scaled
1352 by the degree of amino acid property conservation. Selecting {\sl Colour
1353 $\Rightarrow$ By Conservation} enables this mode, and {\sl Modify
1354 Conservation Threshold...} brings up a selection box (the {\sl Conservation
1355 Colour Increment} dialog box) allowing the alignment colouring to be modified.
1356 Selecting a higher value limits colouring to more highly conserved columns (Figure \ref{colcons}).
1357
1358  \begin{figure}[htbp]
1359 \begin{center}
1360 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons1.pdf}
1361 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons3.pdf}
1362 \includegraphics[width=2in]{images/colourcons5.pdf}
1363 \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.
1364 }
1365 \label{colcons}
1366 \end{center}
1367 \end{figure}
1368
1369 \subsection{Thresholding by Percentage Identity}
1370
1371 `Thresholding' is another hybrid colour model where a residue is only coloured
1372 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).
1373
1374 \subsection{Colouring by Annotation}
1375 \label{colourbyannotation}
1376 \parbox[c]{3.2in}{
1377 Any of the {\bf quantitative} annotations shown on an alignment can be used to
1378 threshold or shade the whole alignment.\footnote{Please remember to turn off
1379 Sequence Feature display to see the shading} 
1380
1381 The {\sl Colour $\Rightarrow$ By
1382 Annotation} option opens a dialog which allows you to select which annotation
1383 to use, the minimum and maximum shading colours or whether the original
1384 colouring should be thresholded (the `Use original colours' option).
1385
1386 Default settings for minimum and maximum colours can be set in the Jalview
1387 Desktop's preferences.  
1388 }\parbox[c]{3in}{
1389 \centerline{\includegraphics[width=2.8in]{images/col_byannot.pdf}}}
1390
1391 The {\bf per Sequence} option in the {\bf Colour By Annotation} dialog
1392 allows each sequence to be shaded according to sequence associated annotation
1393 rows, such as protein disorder scores. This functionality is described further
1394 in Section \ref{protdisorderpred}.
1395
1396 \subsection{Colour Schemes} 
1397
1398 \label{colscheme}
1399 Full details on each colour scheme can be found in the Jalview on-line help. A brief description of each one is provided below:
1400
1401 \subsubsection{ClustalX}
1402
1403
1404  \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. }
1405 \parbox[c]{3in}{\includegraphics[width=2.75in]{images/col_clustalx.pdf}}
1406
1407 \subsubsection{Blosum62}
1408
1409 \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.}
1410 \parbox[c]{3in}{
1411 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_blosum62.pdf}
1412 }
1413
1414 \subsubsection{Percentage Identity}
1415 \parbox[c]{3.5in}{
1416 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.
1417 }
1418 \parbox[c]{3in}{
1419 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_percent.pdf}
1420 }
1421
1422 \subsubsection{Zappo}
1423 \parbox[c]{3.5in}{
1424 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.
1425 }
1426 \parbox[c]{3in}{
1427 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_zappo.pdf}
1428 }
1429
1430 \subsubsection{Taylor}
1431
1432 \parbox[c]{3.5in}{
1433 This colour scheme was devised by Willie Taylor and an entertaining description of its origin can be found in Protein Engineering, 
1434 Vol 10 , 743-746 (1997).
1435 }
1436 \parbox[c]{3in}{
1437 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_taylor.pdf}
1438 }
1439
1440 \subsubsection{Hydrophobicity}
1441 \parbox[c]{3.5in}{
1442 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.
1443 }
1444 \parbox[c]{3in}{
1445 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_hydro.pdf}
1446 }
1447
1448 \subsubsection{Helix Propensity}
1449
1450 \parbox[c]{3.5in}{
1451 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.
1452 }
1453 \parbox[c]{3in}{
1454 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_helix.pdf}
1455 }
1456
1457 \subsubsection{Strand Propensity}
1458
1459 \parbox[c]{3.5in}{
1460 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} Strand propensity. The highest propensity is Yellow, the lowest is blue.
1461 }
1462 \parbox[c]{3in}{
1463 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_strand.pdf}
1464 }
1465
1466
1467
1468 \subsubsection{Turn Propensity}
1469 \parbox[c]{3.5in}{
1470 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} turn propensity. The highest propensity is red, the lowest is cyan.
1471 }
1472 \parbox[c]{3in}{
1473 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_turn.pdf}
1474 }
1475
1476 \subsubsection{Buried Index}
1477 \parbox[c]{3.5in}{
1478 The residues are coloured according to their Chou-Fasman\textsuperscript{\ref{chou-fasman}} burial propensity. The highest propensity is blue, the lowest is green.
1479 }
1480 \parbox[c]{3in}{
1481 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_buried.pdf}
1482 }
1483  
1484
1485 \subsubsection{Nucleotide}
1486 \parbox[c]{3.5in}{ Residues are coloured with four colours corresponding to the
1487 four nucleotide bases. All non ACTG residues are uncoloured. See Section
1488 \ref{workingwithnuc} for further information about working with nucleic acid
1489 sequences and alignments.
1490 } \parbox[c]{3in}{ \includegraphics[width=2.75in]{images/col_nuc.pdf} }
1491
1492 \subsubsection{Purine Pyrimidine}
1493 \parbox[c]{3.5in}{ Residues are coloured according to whether the corresponding
1494 nucleotide bases are purine (magenta) or pyrimidine (cyan) based. All non ACTG
1495 residues are uncoloured. For further information about working with nucleic acid
1496 sequences and alignments, see Section \ref{workingwithnuc}.
1497 %and Section \ref{workingwithrna}
1498
1499 } \parbox[c]{3in}{ \includegraphics[width=2.75in]{images/col_purpyr.pdf} }
1500
1501 \subsubsection{RNA Helix Colouring}
1502 \parbox[c]{3.5in}{ Columns are coloured according to their assigned RNA helix as
1503 defined by a secondary structure annotation line on the alignment. Colours for
1504 each helix are randomly assigned, and option only available when an RNA
1505 secondary structure row is present on the alignment. 
1506 % For more details see Section \ref{workingwithrna} 
1507 } \parbox[c]{3in}{
1508 \includegraphics[width=2.75in]{images/col_rnahelix.pdf} }
1509
1510 \exercise{Colouring Alignments}{ 
1511 \exstep{Ensuring that the {\sl Apply Colour To All Groups} flag is not selected
1512 in View sequence alignment menu.
1513  This must be turned {\sl off} specifically as it is {\sl on} by default.}
1514 \exstep{
1515 Open a sequence alignment, for example the PFAM domain PF03460 in PFAM seed.
1516 Select the alignment menu option {\sl Colour $\Rightarrow$ ClustalX}. Note the colour change. Now try all the other colour schemes in the {\sl Colour} menu. Note that some colour schemes do not colour all residues.
1517 }
1518 \exstep{
1519 Colour the alignment using {\sl Colour  $\Rightarrow$ Blosum62}. Select a group
1520 of around 4 similar sequences. Use the context menu (right click on the group)
1521 option {\sl Selection $\Rightarrow$ Edit New Group $\Rightarrow$ Group Colour
1522 $\Rightarrow$ Blosum62} to colour the selection. Notice how some residues which
1523 were not coloured are now coloured. The calculations performed for dynamic
1524 colouring schemes like Blosum62 are based on the group being coloured, not the
1525 whole alignment (this also explains the colouring changes observed in exercise
1526 \ref{exselect} during the group selection step).
1527 }
1528 \exstep{
1529 Keeping the same selection as before, colour the complete alignment except
1530 the group using {\sl Colour  $\Rightarrow$ Taylor}.
1531 Select the menu option  {\sl Colour  $\Rightarrow$ By Conservation}. 
1532 Slide the selector from side to side and observe the changes in the alignment colouring in the selection and in the complete alignment. 
1533 }
1534 }
1535
1536 \subsubsection{User Defined}
1537 This dialogue allows the user to create any number of named colour schemes at will. Any residue may be assigned any colour. The colour scheme can then be named. If you save the colour scheme, this name will appear on the Colour menu (Figure \ref{usercol}).
1538
1539
1540 \begin{figure}[htbp]
1541 \begin{center}
1542 \includegraphics[width=2.5in]{images/col_user1.pdf}
1543 \includegraphics[width=2in]{images/col_user2.pdf}
1544 \includegraphics[width=1.75in]{images/col_user3.pdf}
1545 \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).}
1546 \label{usercol}
1547 \end{center}
1548 \end{figure}
1549
1550
1551 \exercise{User Defined Colour Schemes}{
1552 \exstep{Load a sequence alignment. Select the alignment menu option {\sl Colour $\Rightarrow$ User Defined}. A dialogue window will open.
1553 }
1554 \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.
1555 }
1556 \exstep{ Insert a name for the colourscheme in the appropriate field and click {\sl Save Scheme}. You will be prompted for a file name in which to save the colour scheme. The dialogue window can now be closed.
1557 }
1558 \exstep{
1559 The new colour scheme appears in the list of colour schemes in the {\sl Colour} menu and can be selected in future Jalview sessions.
1560 }
1561 }
1562
1563 \section{Formatting and Graphics Output}
1564 \label{layoutandoutput}
1565 Jalview is a WYSIWIG alignment editor. This means that for most kinds of graphics output, 
1566 the layout that is seen on screen will be the same as what is outputted in an
1567 exported graphics file.
1568 It is therefore important to pick the right kind of display layout prior to generating figures. 
1569
1570 \subsection{Multiple Alignment Views}
1571
1572 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.
1573
1574 \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}{
1575 \begin{center}\centerline{
1576 \includegraphics[width=2.5in]{images/mulv_tabs.pdf}}
1577 \end{center}
1578 }
1579
1580 % JBPNote make an excercise on views ?
1581
1582 \subsection{Alignment Layout}
1583 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).
1584
1585 \subsubsection{Wrapped Alignments}
1586 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. 
1587
1588 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. 
1589 \begin{figure}[htbp]
1590 \begin{center}
1591 \parbox[c]{2in}{\includegraphics[width=2in]{images/wrap1.pdf}}
1592 \parbox[c]{4in}{\includegraphics[width=4in]{images/wrap2.pdf}}
1593 \caption{{\bf Wrapping the alignment.}}
1594 \label{wrap}
1595 \end{center}
1596 \end{figure}
1597
1598
1599 \subsubsection{Fonts}
1600
1601 \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.}
1602 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=1.75in]{images/font.pdf}}}
1603
1604 \subsubsection{Numbering and Label Justification}
1605 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.
1606
1607 \subsubsection{Alignment and Group Colouring and Appearance}
1608 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.  
1609
1610 \subsubsection{Highlighting Nonconserved Symbols}
1611 The alignment layout and group sub-menu both contain an option to hide
1612 conserved symbols from the alignment display ({\sl Format $\Rightarrow$ Show
1613 nonconserved } in the alignment window or {\sl Selection $\Rightarrow$ Group
1614 $\Rightarrow$ Show Nonconserved} by right clicking on a group). This mode is useful when working with
1615 alignments that exhibit a high degree of homology, because Jalview will only
1616 display gaps or sequence symbols that differ from the consensus for each
1617 column, and render all others with a `.'.
1618 %TODO add a graphic to illustrate this.
1619 \subsection{Annotation Ordering and Display}
1620 % TODO: describe consensus, conservation, quality user preferences, and group
1621 % annotation preferences.
1622 The annotation lines which appear below the sequence alignment are described in
1623 detail in Section \ref{featannot}. They can be hidden by toggling the {\sl View
1624 $\Rightarrow$ Show Annotations} menu option. Additionally, each annotation line
1625 can be hidden and revealed in the same way as sequences {\sl via} the
1626 pop-up context menu on the annotation name panel (Figure \ref{annot}).
1627 Annotations can be reordered by dragging the annotation line label on the annotation label panel. Placing the
1628 mouse over the top annotation label brings up a resize icon on the left. When this is
1629 displayed, Click-dragging up and down provides more space in the alignment window for viewing the annotations, and less space for the sequence alignment.
1630
1631 \begin{figure}
1632 \begin{center}
1633 \includegraphics[width=2.5in]{images/annot1.pdf}
1634 \includegraphics[width=2.5in]{images/annot2.pdf}
1635 \caption{{\bf Hiding Annotations} Annotations can either be hidden from the {\sl
1636 View} menu (left) or individually from the context menu (right).}
1637 \label{annot}
1638 \end{center}
1639 \end{figure}
1640
1641 \exercise{Alignment Layout}{
1642 \label{exscreen}
1643 \exstep{Start Jalview and open the URL \textsf{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}. 
1644 Select {\sl Format $\Rightarrow$ Wrap} from the alignment window menu. 
1645 Experiment with the various options from the {\sl Format} menu, for example adjust the ruler placement, 
1646 sequence ID format and so on. }
1647 \exstep{Hide all the annotation rows by selecting {\sl Annotations $\Rightarrow$
1648 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
1649 annotation row labels to bring up the pop-up context menu, then select {\sl
1650 Hide This Row}. Bring up the pop-up context menu again and select {\sl
1651 Show All Hidden Rows} to reveal them.}
1652 \exstep{Annotations can be reordered by clicking and dragging the row to the desired position. Click on the {\sl Consensus} row and drag it upwards to just above {\sl Quality}. The rows should now be reordered. Features and annotations are covered in more detail in Section \ref{featannot} below.}
1653 \exstep{Move the mouse to the top left hand corner of the Secondary Structure annotation row label - 
1654 a grey up/down arrow symbol should appear - when this is shown, the height of the {\sl Annotation Area} can be changed 
1655 by clicking and dragging the mouse up or down.}
1656 }
1657
1658 \subsection{Graphical Output}
1659 \label{figuregen}
1660 \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. }
1661 \parbox[c]{2in}{\centerline{\includegraphics[width=1.25in]{images/image.pdf}}}
1662
1663 \subsubsection{HTML}
1664
1665 \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.}
1666 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_html.pdf}}}
1667
1668 \subsubsection{EPS}
1669 \parbox[c]{3in}{EPS is Encapsulated Postscript. {\bf It is the format of choice
1670 for publications and posters} as it gives the highest quality output of any of
1671 the image types. It can be scaled to any size, so will still look good on an A0
1672 poster.
1673 This format can be read by most good presentation and graphics packages such as Adobe Illustrator or Inkscape.
1674 }
1675 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_eps.pdf}} \par \centerline{Zoom Detail of EPS image.}}
1676
1677 \subsubsection{PNG}
1678 \parbox[c]{3in}{
1679 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.
1680
1681 For submission of alignment figures to journals, please use EPS\footnote{If the journal complains, {\em insist}.}.
1682 }
1683 \parbox[c]{3.5in}{\centerline{\includegraphics[width=3in]{images/image_png.pdf}} \par \centerline{Zoom Detail of PNG image.}}
1684  \exercise{Graphical Output}{
1685 \exstep{Load the example Jalview Jar file in Exercise \ref{exscreen}. 
1686 Customise it how you wish but leave it unwrapped. 
1687 Select {\sl File $\Rightarrow$ Export Image $\Rightarrow$ HTML} from the alignment menu. 
1688 Save the file and open it in your favoured web browser.  }
1689 \exstep{Wrap the alignment and export the image to HTML again. Compare the two
1690 images. (Note that the exported image matches the format displayed in the
1691 alignment window but {\bf annotations are not exported}).}
1692 \exstep{Export the alignment using the {\sl File $\Rightarrow$ Export Image $\Rightarrow$ PNG} menu option. 
1693 Open the file in an image viewer that allows zooming such as Paint or Photoshop (Windows), or Preview (Mac OS X) and zoom in. 
1694 Notice that the image is a bitmap and it becomes pixelated very quickly. 
1695 (Note that the {\bf annotation lines are included} in the image.)}
1696 \exstep{Export the alignment using the {\sl File $\Rightarrow$ Export Image
1697 $\Rightarrow$ EPS} menu option. Open the file in a suitable program such as
1698 Photoshop, Illustrator, Inkscape, Ghostview, Powerpoint (Windows), or
1699 Preview (Mac OS X). Zoom in and note that the image has near-infinite
1700 resolution.} }
1701
1702 \chapter{Annotation and Features}
1703 \label{featannot}
1704 Features and annotations are additional information that is overlaid on the sequences and the alignment. Generally speaking, annotations are associated with columns in the alignment. Features are associated with specific residues in the sequence. 
1705
1706 Annotations are shown below the alignment in the annotation panel, and often reflect properties of the alignment as a whole. 
1707 Conversely, sequence features are properties of the individual sequences, so they do not change with the alignment, 
1708 but are shown mapped on to specific residues within the alignment. 
1709
1710 Features and annotation can be interactively created, or retrieved from external
1711 data sources. DAS (the Distributed Annotation System) is the primary source of
1712 sequence features, whilst webservices like JNet (see \ref{jpred} above) can be used to analyse a 
1713 given sequence or alignment and generate annotation for it.
1714
1715
1716 \section{Conservation, Quality and Conservation Annotation}
1717 \label{annotationintro}
1718 Jalview automatically calculates several quantitative alignment annotations
1719 which are displayed as histograms below the multiple sequence alignment columns. 
1720 Conservation, quality and conservation scores are examples of dynamic
1721 annotation, so as the alignment changes, they change along with it.
1722 The scores can be used in the hybrid colouring options to shade the alignments. 
1723 Mousing over a conservation histogram reveals a tooltip with more information.
1724
1725 These annotations can be hidden and deleted via the context menu linked to the
1726 annotation row; but they are only created on loading an alignment. If they are
1727 deleted then the alignment should be saved and then reloaded to restore them.
1728 Jalview provides a toggle to autocalculate a consensus sequence upon editing. This is normally selected by default, but can be turned off for
1729 large alignments {\sl via} the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Autocalculate
1730 Consensus} menu option if the interface is too slow.
1731
1732 \subsubsection{Conservation Annotation}
1733
1734 Alignment conservation annotation is quantitative numerical index reflecting the
1735 conservation of the physico-chemical properties for each column of the alignment. 
1736 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), 
1737 with identities scoring highest, and amino acids with substitutions in the same physico-chemical class have next highest score. 
1738 The score for each column is shown below the histogram. 
1739 The conserved columns with a score of 11 are indicated by '*'.
1740 Columns with a score of 10 have mutations but all properties are conserved are marked with a '+'.
1741
1742 \subsubsection{Consensus Annotation}
1743
1744 Alignment consensus annotation reflects the percentage of the different residue
1745 per column. By default this calculation includes gaps in columns, gaps can be ignored via the Consensus label context 
1746 menu to the left of the consensus bar chart. 
1747 The consensus histogram can be overlaid
1748 with a sequence logo that reflects the symbol distribution at each column of
1749 the alignment. Right click on the Consensus annotation row and select the {\sl Show
1750 Logo} option to display the Consensus profile for the group or alignment.
1751 Sequence logos can be enabled by default for all new alignments {\sl via} the
1752 Visual tab in the Jalview desktop's preferences dialog box.
1753
1754 \subsubsection{Quality Annotation}
1755
1756 Alignment quality annotation is an ad-hoc measure of the likelihood of observing
1757 the mutations (if any) in a particular column of the alignment. The quality score is calculated for each column in an alignment by summing, 
1758 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). 
1759 This value is normalised for each column, and then plotted on a scale from 0 to 1.
1760
1761 \subsubsection{Group Associated Annotation}
1762 \label{groupassocannotation}
1763 Group associated consensus and conservation annotation rows reflect the
1764 sequence variation within a particular group. Their calculation is enabled
1765 by selecting the {\sl Group Conservation} or {\sl Group Consensus} options in
1766 the {\sl Annotation $\Rightarrow$ Autocalculated Annotation } submenu of the
1767 alignment window. 
1768
1769 \subsection{Creating User Defined Annotation}
1770
1771 Annotations are properties that apply to the alignment as a whole and are visualized on rows in the annotation panel.
1772 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}).
1773 A dialogue box appears. Enter the label to use for this row and a new row will appear.
1774
1775 To create a new annotation, first select all the positions to be annotated on the appropriate row. 
1776 Right-clicking on this selection brings up the context menu which allows the insertion of graphics for secondary structure ({\sl Helix} or {\sl Sheet}), 
1777 text {\sl Label} and the colour in which to present the annotation (Figure \ref{newannot}). On selecting {\sl Label} a dialogue box will appear, 
1778 requesting the text to place at that position. After the text is entered, the selection can be removed and the annotation becomes clearly 
1779 visible\footnote{When annotating a block of positions, the text can be partly obscured by the selection highlight. Pressing the  [ESC] key clears 
1780 the selection and the label is then visible.}. Annotations can be coloured or deleted as desired.
1781
1782 \begin{figure}[htbp]
1783 \begin{center}
1784 \includegraphics[width=1.3in]{images/annots1.pdf}
1785 \includegraphics[width=2in]{images/annots2.pdf}
1786 \caption{{\bf Creating a new annotation row.} Annotation rows can be reordered by dragging them to the desired place.}
1787 \label{newannotrow}
1788 \end{center}
1789 \end{figure}
1790
1791 \begin{figure}[htbp]
1792 \begin{center}
1793 \includegraphics[width=2in]{images/annots3.pdf}
1794 \includegraphics[width=2in]{images/annots4.pdf}
1795 \includegraphics[width=2in]{images/annots5.pdf}
1796 \caption{{\bf Creating a new annotation.} Annotations are created from a selection on the annotation row and can be coloured as desired.}
1797 \label{newannot}
1798 \end{center}
1799 \end{figure}
1800
1801 \subsection{Automated Annotation of Alignments and Groups}
1802
1803 On loading a sequence alignment, Jalview will normally\footnote{Automatic
1804 annotation can be turned off in the {\sl Visual } tab in the {\sl Tools
1805 $\Rightarrow$ Preferences } dialog box.} calculate a set of automatic annotation
1806 rows which are shown below the alignment. For nucleotide sequence alignments,
1807 only an alignment consensus row will be shown, but for amino acid sequences,
1808 alignment quality (based on BLOSUM 62) and physicochemical conservation will
1809 also be shown. Conservation is calculated according to Livingstone and
1810 Barton\footnote{{\sl ``Protein Sequence Alignments: A Strategy for the
1811 Hierarchical Analysis of Residue Conservation." } Livingstone C.D. and Barton
1812 G.J. (1993) {\sl CABIOS } {\bf 9}, 745-756}.
1813 Consensus is the modal residue (or {\tt +} where there is an equal top residue).
1814 The inclusion of gaps in the consensus calculation can be toggled by
1815 right-clicking on the the Consensus label and selecting {\sl Ignore Gaps in
1816 Consensus} from the pop-up context menu located with consensus annotation row.
1817 Quality is a measure of the inverse likelihood of unfavourable mutations in the alignment. Further details on these
1818 calculations can be found in the on-line documentation.
1819
1820
1821 \exercise{Annotating Alignments}{
1822 \exstep{Load the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. 
1823 Right-click on the {\sl Conservation} annotation row to
1824 bring up the context menu and select {\sl Add New Row}. A dialogue box will appear asking for  {\sl Label for annotation}. 
1825 Enter ``Iron binding site" and click OK. A new, empty, row appears.
1826 }
1827 \exstep{
1828 Navigate to column 97. Move down and on the new annotation row called
1829 ``Iron binding site, select column 97.
1830 Right click at this selection and select {\sl Label} from the context menu.
1831 Enter ``Fe" in the box and click OK. Right-click on the selection again and select {\sl Colour}. 
1832 Choose a colour from the colour chooser dialogue 
1833 and click OK. Press [ESC] to remove the selection.
1834 }
1835 \exstep{ Select columns 70-77 on the annotation row. Right-click and choose {\sl Sheet} from the
1836  context menu. You will be prompted for a label. Enter ``B" and press OK. A new line showing the 
1837  sheet as an arrow appears. The colour of the label can be changed but not the colour of the sheet 
1838  arrow. 
1839 }
1840 \exstep{Right click on the title text of annotation row that you just created. 
1841 Select {\sl Export Annotation} and, in the {\bf Export Annotation} dialog box that will open, select the Jalview format and click 
1842 the [To Textbox] button. 
1843
1844 The format for this file is given in the Jalview help. Press [F1] to open it, and find 
1845 the ``Annotations File Format'' entry in the ``Alignment Annotations'' section of the contents 
1846 pane. }
1847
1848 \exstep{Export the file to a text editor and edit the file to change the name of the annotation 
1849 row. Save the file and drag it onto the alignment view.}
1850 \exstep{Try to add an additional helix somewhere along the row by editing the file and 
1851 re-importing it.
1852 {\sl Hint: Use the {\bf Export Annotation} function to view what helix annotation looks like in 
1853 a Jalview annotation file.}}
1854 \exstep{Use the {\sl Alignment Window $\Rightarrow$ File $\Rightarrow$ Export Annotations...} 
1855 function to export all the alignment's annotation to a file.}
1856 \exstep{Open the exported annotation in a text editor, and use the {\bf Annotation File Format} 
1857 documentation to modify the style of the Conservation, Consensus and Quality annotation rows so 
1858 they appear as several lines on a single line graph.
1859 {\sl Hint: You need to change the style of annotation row in the first field of the annotation 
1860 row entry in the file, and create an annotation row grouping to overlay the three quantitative 
1861 annotation rows.}
1862 }
1863 \label{viewannotfileex}\exstep{Recover or recreate the secondary structure
1864 prediction that you made in exercise \ref{secstrpredex}. Use the {\sl File $\Rightarrow$ Export 
1865 Annotation} function to view the Jnet secondary structure prediction annotation row. Note the 
1866 {\bf SEQUENCE\_REF} statements surrounding the row specifying the sequence association for the 
1867 annotation. } }
1868
1869
1870 \section{Importing Features from Databases}
1871 \label{featuresfromdb}
1872 Jalview supports feature retrieval from public databases either directly or {\sl
1873 via} the Distributed Annotation System (DAS\footnote{http://www.biodas.org/}).
1874 It includes built in parsers for Uniprot and ENA (or EMBL) records retrieved
1875 from the EBI. Sequences retrieved from these sources using the sequence fetcher (see
1876 Section \ref{fetchseq}) will already possess features.
1877
1878 \subsection{Sequence Database Reference Retrieval}
1879 \label{fetchdbrefs}
1880 Jalview maintains a list of external database references for each sequence in
1881 an alignment. These are listed in a tooltip when the mouse is moved over the
1882 sequence ID when the {\sl View $\Rightarrow$ Sequence ID Tooltip $\Rightarrow$
1883 Show Database Refs } option is enabled. Sequences retrieved using the sequence
1884 fetcher will always have at least one database reference, but alignments
1885 imported from an alignment file generally have no database references.
1886
1887 \subsubsection{Database References and Sequence Coordinate Systems}
1888
1889 Jalview displays features in the local sequence's coordinate system which is
1890 given by its `start' and `end'. Any sequence features on the sequence will be
1891 rendered relative to the sequence's start position. If the start/end positions
1892 do not match the coordinate system from which the features were defined, then
1893 the features will be displayed incorrectly.
1894
1895 \subsubsection{Viewing and Exporting a Sequence's Database Annotation}
1896
1897 You can export all the database cross references and annotation terms shown in
1898 the sequence ID tooltip for a sequence by right-clicking and selecting the {\sl
1899 [Sequence ID] $\Rightarrow$ Sequence details \ldots} option from the popup menu.
1900 A similar option is provided in the {\sl Selection} sub-menu allowing you to
1901 obtain annotation for the sequences currently selected. 
1902
1903 \parbox[l]{3.4in}{
1904 The {\sl Sequence Details
1905 \ldots} option will open a window containing the same text as would be shown in
1906 the tooltip window, including any web links associated with the sequence. The
1907 text is HTML, and options on the window allow the raw code to be copied and
1908 pasted into a web page.}
1909 \parbox[c]{3in}{
1910 \centerline{\includegraphics[width=2.2in]{images/seqdetailsreport.pdf}}}
1911
1912 \subsubsection{Automatically Discovering a Sequence's Database References}
1913 Jalview includes a function to automatically verify and update each sequence's
1914 start and end numbering against any of the sequence databases that the {\sl
1915 Sequence Fetcher} has access to. This function is accessed from the {\sl
1916 Webservice $\Rightarrow$ Fetch DB References} sub-menu in the Alignment
1917 window. This menu allows you to query either the set of {\sl Standard
1918 Databases}, which includes EMBL, Uniprot, the PDB, and the currently selected
1919 DAS sequence sources, or just a specific datasource from one of the submenus.
1920 When one of the entries from this menu is selected, Jalview will use the ID
1921 string from each sequence in the alignment or in the currently selected set to
1922 retrieve records from the external source. Any sequences that are retrieved are
1923 matched against the local sequence, and if the local sequence is found to be a
1924 sub-sequence of the retrieved sequence then the local sequence's start/end
1925 numbering is updated.  A new database reference mapping is created, mapping the
1926 local sequence to the external database, and the local sequence inherits any
1927 additional annotation retrieved from the database sequence.
1928
1929 The database retrieval process terminates when a valid mapping is found for a
1930 sequence, or if all database queries failed to retrieve a matching sequence.
1931 Termination is indicated by the disappearance of the moving progress indicator
1932 on the alignment window. A dialog box may be shown once it completes which
1933 lists sequences for which records were found, but the sequence retrieved from
1934 the database did not exactly contain the sequence given in the alignment (the
1935 {\sl ``Sequence not 100\% match'' dialog box}).
1936
1937 \exercise{Retrieving Database References}{
1938 \exstep{Load the example alignment at http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}
1939 \exstep{Verify that there are no database references for the sequences by first
1940 checking that the {\sl View $\Rightarrow$ Sequence ID Tooltip $\Rightarrow$ Show
1941 Database Refs} option is selected, and then mousing over each sequence's ID.}
1942 \exstep{Use the {\sl Webservice $\Rightarrow$ Fetch DB References} menu option to retrieve database IDs for the sequences.}
1943 \exstep{Examine the tooltips for each sequence in the alignment as the retrieval progresses - note the appearance of new database references.}
1944 \exstep{Once the process has finished, save the alignment as a Jalview Project.}
1945 \exstep{Now close all the windows and open the project again, and verify that the database references and sequence features are still present on the alignment}
1946
1947 \exstep{View the {\sl Sequence details \ldots} report for the FER1\_SPIOL sequence and for the whole alignment. Which sequences have web links associated with them ?}
1948
1949 }
1950
1951 \subsection{Retrieving Features {\sl via} DAS}
1952 \label{dasfretrieval}
1953 Jalview includes a client to retrieve features from DAS annotation servers. To
1954 retrieve features, select {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} from the alignment window menu. Select the {\sl DAS Settings} tab in the Sequence Feature Settings Window (Figure \ref{das}). A list of DAS sources compiled from the currently configured DAS registry\footnote{By default, this will be the major public DAS server registry maintained by the Sanger Institute: http://www.dasregistry.org} is shown in the left hand pane. Highlighting an entry on the left brings up information about that source in the right hand panel.
1955
1956 \begin{figure}[htbp]
1957 \begin{center}
1958 \includegraphics[width=2.5in]{images/das1.pdf}
1959 \includegraphics[width=2.5in]{images/das2.pdf}
1960 \caption{{\bf Retrieving DAS annotations.} DAS features are retrieved using the {\sl DAS Settings} tab (left) and their display customised using the {\sl Feature Settings} tab (right).}
1961 \label{das}
1962 \end{center}
1963 \end{figure}
1964
1965 Select appropriate DAS sources as required then click on {\sl Fetch DAS
1966 Features}. If you know of additional sources not listed in the configured
1967 registry, then you may add them with the {\sl Add Local Source} button. Use
1968 the {\sl Authority},{\sl Type}, and {\sl Label} filters to restrict the list
1969 of sources to just those that will return features for the sequences in the
1970 alignment.
1971
1972 Following DAS feature retrieval, the {\sl Feature Settings} panel takes on a
1973 slightly different appearance (Figure \ref{das} (right)). Each data source is
1974 listed and groups of features from one data source can be selected/deselected
1975 by checking the labelled box at the top of the panel.
1976
1977 \exercise{Retrieving Features with DAS}{
1978 \label{dasfeatretrexcercise}
1979 \exstep{Load the alignment at
1980 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}.  Select {\sl View
1981 $\Rightarrow$ Feature Settings \ldots} from the alignment window menu. Select
1982 the {\sl DAS Settings} tab. A long list of available DAS sources is listed. 
1983 Select a small number, eg Uniprot, DSSP, signalP and netnglyc. Click. 
1984 A window may prompt whether you wish Jalview to fetch DAS features. Click {\sl
1985 Yes}.
1986 Jalview will start retrieving features. As features become available they will be mapped onto the alignment. } 
1987 \exstep{If Jalview is taking too long to retrieve features, the process can be cancelled with the {\sl Cancel Fetch} button. 
1988 Rolling the mouse cursor over the sequences reveals a large number of features annotated in the tool tip. 
1989 Close the Sequence Feature Settings window. }
1990 \exstep{Move the mouse over the sequence ID panel. 
1991 Non-positional features such as literature references and protein localisation predictions are given in the tooltip, below any database cross references associated with the sequence.}
1992 \exstep{Search through the alignment to find a feature with a link symbol next to it. 
1993 Right click to bring up the alignment view popup menu, and find a corresponding entry in the {\sl Link } sub menu. }
1994 % TODO this doesn't work ! \includegraphics[width=.3in]{images/link.pdf}
1995
1996 \exstep{
1997 Select {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} to reopen the Feature Settings window. All the loaded feature types should now be displayed. Those at the top of the list are drawn on top of those below, obscuring them in the alignment view where they overlap. Move the feature settings window so that the alignment is visible and uncheck some of the feature types by clicking the tick box in the display column. Observe how the alignment display changes. Note that unselected feature types do not appear in the tool tip.
1998 }
1999 \exstep{Reorder the features by dragging feature types up and down the order in the Feature Settings panel. e.g. Click on {\sl CHAIN} then move the mouse downwards to drag it below {\sl DOMAIN}. Note that {\sl DOMAIN} is now shown on top of {\sl CHAIN} in the alignment window. Drag {\sl METAL} to the top of the list. Observe how the cysteine residues are now highlighted as they have a {\sl METAL} feature associated with them.
2000 }
2001
2002 \exstep{Press the {\sl Optimise Order} button. The features will be ordered according to increasing length, placing features that annotate shorter regions of sequence higher on the display stack.}
2003
2004 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Export Features\ldots} from the Alignment window. You can choose to export the retrieved features as a GFF file, or Jalview's own Features format. 
2005 % TODO: describe working with features files and GFF
2006 }
2007 }
2008
2009 \subsubsection{The Fetch Uniprot IDs Dialog Box}
2010 \label{discoveruniprotids}
2011 If any sources are selected which refer to Uniprot coordinates as their reference system, 
2012 then you may be asked if you wish to retrieve Uniprot IDs for your sequence. Pressing OK instructs Jalview to verify the sequences against Uniprot records retrieved using the sequence's ID string. This operates in much the same way as the {\sl Web Service $\Rightarrow$ Fetch Database References } function described in Section \ref{fetchdbrefs}. If a sequence is verified, then the start/end numbering will be adjusted to match the Uniprot record to ensure that features retrieved from the DAS source are rendered at the correct position. 
2013
2014 \subsubsection{Rate of Feature Retrieval}
2015 Feature retrieval can take some time if a large number of sources is selected and if the alignment 
2016 contains a large number of sequences. This is because Jalview only queries a particular DAS source with one sequence at a time, to avoid overloading it.  As features are retrieved, they are immediately added to the current alignment view. The retrieved features are shown on the sequence and can be customised as described previously.
2017
2018
2019 \subsection{Colouring Features by Score or Description
2020 Text}
2021 \label{featureschemes}
2022 Sometimes, you may need to visualize the differences in information carried by
2023 sequence features of the same type. This is most often the case when features
2024 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
2025 features using a graduated colourscheme in order to highlight these variations.
2026 In order to apply a graduated scheme to a feature type, select the `Graduated
2027 colour' entry in the Sequence {\sl Feature Type}'s popup menu, which is opened by
2028 right-clicking the {\sl Feature Type} or {\sl Color} in the {\sl Sequence Feature Settings} dialog box. Two types
2029 of colouring styles are currently supported: the default is quantitative
2030 colouring, which shades each feature based on its score, with the highest
2031 scores receiving the `Max' colour, and the lowest scoring features coloured
2032 with the `Min' colour. Alternately, you can select the `Colour by label'
2033 option to create feature colours according to the description text associated
2034 with each feature. This is useful for general feature types - such as
2035 Uniprot's `DOMAIN' feature - where the actual type of domain is given in the
2036 feature's description.
2037
2038 Graduated feature colourschemes can also be used to exclude low or
2039 high-scoring features from the alignment display. This is done by choosing your
2040 desired threshold type (either above or below), using the drop-down menu in the
2041 dialog box. Then, adjust the slider or enter a value in the text box to set the
2042 threshold for displaying this type of feature.
2043
2044 The feature settings dialog box allows you to toggle between a graduated and
2045 simple feature colourscheme using the pop-up menu for the feature type. When a
2046 graduated scheme is applied, it will be indicated in the colour column for
2047 that feature type - with coloured blocks or text to indicate the colouring
2048 style and a greater than ($>$) or less than ($<$) symbol to indicate when a
2049 threshold has been defined.
2050
2051 \subsection{Using Features to Re-order the Alignment}
2052 \label{featureordering}
2053 The presence of sequence features on certain sequences or in a particular
2054 region of an alignment can quantitatively identify important trends in
2055 the aligned sequences. In this case, it is more useful to
2056 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
2057 dialog box provides two buttons: `Seq sort by Density' and `Seq sort by
2058 Score', that allow you to reorder the alignment according to the number of
2059 sequence features present on each sequence, and also according to any scores
2060 associated with a feature. Each of these buttons uses the currently displayed
2061 features to determine the ordering, but
2062 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
2063 popup menu. Simply right-click the type's style in the Sequence Feature Settings dialog
2064 box, and select one of the {\sl Sort by Score} and {\sl Sort by Density}
2065 options to re-order the alignment. Finally, if a specific region is selected,
2066 then only features found in that region of the alignment will be used to
2067 create the new alignment ordering.
2068 % \exercise{Shading and Sorting Alignments using Sequence Features}{
2069 % \label{shadingorderingfeatsex}
2070
2071 % This exercise is currently not included in the tutorial because no DAS servers
2072 % currently exist that yield per-residue features for any Uniprot sequence. 
2073
2074 % \exstep{Re-load the alignment from \ref{dasfeatretrexcercise}.
2075 % }
2076 % \exstep{Open the
2077 % feature settings panel, and, after first clearing the current
2078 % selection, press the {\em Seq Sort by Density} button a few times.}
2079 % \exstep{Use the DAS fetcher to retrieve the Kyte and Doolittle Hydrophobicity
2080 % scores for the protein sequences in the alignment.
2081 % {\sl Hint: the nickname for the das source is `KD$\_$hydrophobicity'.}}
2082 % \exstep{Change the feature settings so only the hydrophobicity features are
2083 % displayed. Mouse over the annotation and also export and examine the GFF and
2084 % Jalview features file to better understand how the hydrophobicity measurements
2085 % are recorded.}
2086 % \exstep{Apply a {\sl Graduated Colour} to the hydrophobicity annotation to
2087 % reveal the variation in average hydrophobicity across the alignment.}
2088 % \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
2089 % hydrophobicity.}
2090 % \exstep{Save the alignment as a project, for use in exercise
2091 % \ref{threshgradfeaturesex}.} }
2092
2093 % \exercise{Shading alignments with combinations of graduated feature
2094 % colourschemes}{
2095 % \label{threshgradfeaturesex}
2096 % \exstep{Reusing the annotated alignment from exercise
2097 % \ref{shadingorderingfeatsex}, experiment with the colourscheme threshold to
2098 % 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.}
2099 % \exstep{Change the colourscheme so
2100 % that features at the threshold are always coloured grey, and the most
2101 % hydrophobic residues are coloured red, regardless of the threshold value
2102 % ({\em hint - there is a switch on the dialog to do this for you}).}
2103 % \exstep{Enable the Uniprot {\em chain} annotation in the feature settings
2104 % display and re-order the features so it is visible under the hydrophobicity
2105 % annotation.}
2106 % \exstep{Apply a {\sl Graduated Colour} to the {\em chain}
2107 % annotation so that it distinguishes the different canonical names associated
2108 % with the mature polypeptide chains.}
2109 % \exstep{Export the alignment's sequence features using the Jalview and GFF file formats, to see how the different types of graduated feature
2110 % colour styles are encoded. }
2111 % }
2112
2113 \subsection{Creating Sequence Features}
2114 Sequence features can be created simply by selecting the area in a sequence (or sequences) to form the feature and selecting {\sl Selection $\Rightarrow$ Create Sequence Feature } from the right-click context menu (Figure \ref{features}). A dialogue box allows the user to customise the feature with respect to name, group, and colour. The feature is then associated with the sequence. Moving the mouse over a residue associated with a feature brings up a tool tip listing all features associated with the residue.
2115
2116 \begin{figure}[htbp]
2117 \begin{center}
2118 \includegraphics[width=2in]{images/feature1.pdf}
2119 \includegraphics[width=2.5in]{images/feature2.pdf}
2120 \includegraphics[width=1.5in]{images/feature3.pdf}
2121 \caption{{\bf Creating sequence features.} Features can readily be created from selections via the context menu and are then displayed on the sequence. }
2122 \label{features}
2123 \end{center}
2124 \end{figure}
2125
2126 Creation of features from a selection spanning multiple sequences results in the creation of one feature per sequence. 
2127 Each feature remains associated with its own sequence.
2128
2129 \subsection{Customising Feature Display}
2130
2131 Feature display can be toggled on or off by selecting the {\sl View
2132 $\Rightarrow$ Show Sequence Features} menu option. When multiple features are
2133 present it is usually necessary to customise the display. Jalview allows the
2134 display, colour, rendering order and transparency of features to be modified
2135 {\sl via} the {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} menu option. This
2136 brings up a dialogue window (Figure \ref{custfeat}) which allows the
2137 visibility of individual feature types to be selected, colours changed (by
2138 clicking on the colour of each sequence feature type) and the rendering order
2139 modified by dragging feature types to a new position in the list. Dragging the
2140 slider alters the transparency of the feature rendering. The Feature
2141 Settings dialog also includes functions for more advanced feature shading
2142 schemes and buttons for sorting the alignment according to the distribution of
2143 features. These capabilities are described further in sections
2144 \ref{featureschemes} and \ref{featureordering}.
2145
2146 \begin{figure}[htbp]
2147 \begin{center}
2148 \includegraphics[width=4in]{images/features4.pdf}
2149 \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.}
2150 \end{center}
2151 \end{figure}
2152
2153 \begin{figure}[htbp]
2154 \begin{center}
2155 \includegraphics[width=4in]{images/features5.pdf}
2156 \caption{{\bf Customising sequence features.} Features can be recoloured, switched on or off and have the rendering order changed. }
2157 \label{custfeat}
2158 \end{center}
2159 \end{figure}
2160
2161 \subsection{Sequence Feature File Formats}
2162
2163 Jalview supports the widely used GFF tab delimited format\footnote{see
2164 http://www.sanger.ac.uk/resources/software/gff/spec.html} and its own Jalview
2165 Features file format for the import of sequence annotation. Features and
2166 alignment annotation are also extracted from other formats such as Stockholm,
2167 and AMSA. URL links may also be attached to features. See the online
2168 documentation for more details of the additional capabilities of the Jalview
2169 features file.
2170
2171 \exercise{Creating Features}{
2172 \exstep{Open the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. 
2173 We know that the Cysteine residues at columns 97, 102, 105 and 135 are involved in 
2174 iron binding so we will create them as features. Navigate to column 97, sequence 1. 
2175 Select the entire column by clicking in the ruler bar. Then right-click on the selection 
2176 to bring up the context menu and select {\sl Selection $\Rightarrow$ Create Sequence Feature}. 
2177 A dialogue box will appear.
2178 }
2179 \exstep{
2180 Enter a suitable Sequence Feature Name  (e.g. ``Iron binding site") in the
2181 appropriate box. Click on the Feature Colour bar to change the colour if
2182 desired, add a short description (``One of four Iron binding Cysteines") and press OK. The features will then appear on the sequences. } \exstep{Roll the mouse cursor over the new features. Note that the position given in the tool tip is the residue number, not the column number.  To demonstrate that there is one feature per sequence, clear all selections by pressing [ESC] then insert a gap in sequence 3 at column 95. Roll the mouse over the features and you will see that the feature has moved with the sequence. Delete the gap you created.
2183 }
2184 \exstep{
2185 Add a similar feature to column 102. When the feature dialogue box appears, clicking the Sequence Feature 
2186 Name box brings up a list of previously described features. Using the same Sequence Feature Name allows the features to be grouped.}
2187 \exstep{Select {\sl View $\Rightarrow$ Feature Settings\ldots} from the
2188 alignment window menu. The Sequence Feature Settings window will appear. Move
2189 this so that you can see the features you have just created. Click the check
2190 box for ``Iron binding site"  under {\sl Display} and note that display of this
2191 feature type is now turned off. Click it again and note that the features are
2192 now displayed. Close the sequence feature settings box by clicking OK or
2193 Cancel.} }
2194
2195 \chapter{Multiple Sequence Alignment}
2196 \label{msaservices}
2197 Sequences can be aligned using a range of algorithms provided by JABA web
2198 services. These include ClustalW\footnote{{\sl ``CLUSTAL W: improving the
2199 sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence
2200 weighting, position specific gap penalties and weight matrix choice."} Thompson
2201 JD, Higgins DG, Gibson TJ (1994) {\sl  Nucleic Acids Research} {\bf 22},
2202 4673-80}, Muscle\footnote{{\sl ``MUSCLE: a multiple sequence alignment method
2203 with reduced time and space complexity"} Edgar, R.C.
2204 (2004) {\sl BMC Bioinformatics} {\bf 5}, 113},  MAFFT\footnote{{\sl ``MAFFT: a
2205 novel method for rapid multiple sequence alignment based on fast Fourier
2206 transform"}  Katoh, K., Misawa, K., Kuma, K. and Miyata, T. (2002) {\sl Nucleic
2207 Acids Research} {\bf 30}, 3059-3066.  and {\sl ``MAFFT version 5:
2208 improvement in accuracy of multiple sequence alignment"} Katoh, K., Kuma, K.,
2209 Toh, H. and Miyata, T. (2005) {\sl Nucleic Acids Research} {\bf 33}, 511-518.},
2210 ProbCons,\footnote{PROBCONS: Probabilistic Consistency-based Multiple Sequence
2211 Alignment.
2212 Do, C.B., Mahabhashyam, M.S.P., Brudno, M., and Batzoglou, S.
2213 (2005) {\sl Genome Research} {\bf 15} 330-340.} T-COFFEE\footnote{T-Coffee:
2214 A novel method for multiple sequence alignments. (2000) Notredame, Higgins and
2215 Heringa {\sl JMB} {\bf 302} 205-217} and Clustal Omega.\footnote{Fast, scalable
2216 generation of high-quality protein multiple sequence alignments using Clustal
2217 Omega. Sievers F, Wilm A, Dineen DG, Gibson TJ, Karplus K, Li W, Lopez R,
2218 McWilliam H, Remmert M, Soding J, Thompson JD, Higgins DG (2011) {\sl Molecular
2219 Systems Biology} {\bf 7} 539
2220 \href{http://dx.doi.org/10.1038/msb.2011.75}{doi:10.1038/msb.2011.75}} Of these,
2221 T-COFFEE is the slowest, but also the most accurate. ClustalW is historically
2222 the most widely used. Muscle is faster than ClustalW and probably the most
2223 accurate for smaller alignments and MAFFT is probably the best for large
2224 alignments, however {\bf Clustal Omega}, which was released in 2011, is
2225 arguably the fastest and most accurate tool for protein multiple alignment.
2226
2227
2228 To run an alignment web service, select the appropriate method from the {\sl
2229 Web Service $\Rightarrow$  Alignment $\Rightarrow$ \ldots} submenu (Figure
2230 \ref{webservices}). For each service you may either perform an alignment with
2231 default settings, use one of the available presets, or customise the parameters
2232 with the `{\sl Edit and Run ..}' dialog box. Once the job is submitted, a
2233 progress window will appear giving information about the job and any errors that
2234 occur. After successful completion of the job, a new alignment window is opened
2235 with the results, in this case an alignment. By default, the new alignment will be
2236 ordered in the same way as the input sequences. Note: many alignment
2237 programs re-order the input during their analysis and place homologous
2238 sequences close together, the MSA algorithm ordering can be recovered
2239 using the `Algorithm ordering' entry within the {\sl Calculate $\Rightarrow$
2240 Sort } sub menu.
2241
2242 \subsubsection{Realignment}
2243 The re-alignment option is currently only supported by ClustalW and Clustal
2244 Omega. When performing a re-alignment, Jalview submits the current selection to
2245 the alignment service complete with any existing gaps. This approach is useful
2246 when one wishes to align additional sequences to an existing alignment without
2247 any further optimisation to the existing alignment. The re-alignment service
2248 provided by ClustalW in this case is effectively a simple form of profile
2249 alignment.
2250
2251
2252 \begin{figure}[htbp]
2253 \begin{center}
2254 \parbox[c]{1.5in}{\includegraphics[width=1.5in]{images/ws1.pdf}}
2255 \parbox[c]{2.5in}{\includegraphics[width=2.5in]{images/ws2.pdf}}
2256 \parbox[c]{2in}{\includegraphics[width=2in]{images/ws3.pdf}}
2257 \caption{{\bf Multiple alignment via web services} The appropriate method is
2258 selected from the menu (left), a status box appears (centre), and the results
2259 appear in a new window (right).}
2260 \label{webservices}
2261 \end{center}
2262 \end{figure}
2263
2264
2265
2266
2267 \exercise{Multiple Sequence Alignment}{
2268 \exstep{ Close all windows and open the alignment at {\sf
2269 http://www.jalview.org/tutorial/unaligned.fa}.  Select {\sl
2270 Web Service $\Rightarrow$ Alignment $\Rightarrow$ Muscle with Defaults}. 
2271 A window will open giving the job status. After a short time, a second window will open
2272  with the results of the alignment.} 
2273  \exstep{Return to the first sequence alignment window by clicking on 
2274  the window, and repeat using Clustal and MAFFT (from the {\sl Web
2275  Service $\Rightarrow$ Alignment} menu) on the same initial alignment. Compare them and 
2276  you should notice small differences. }
2277 \exstep{Select the last three sequences in the MAFFT alignment, and de-align them 
2278 with {\sl Edit $\Rightarrow$ Remove All Gaps}. Press [ESC] to deselect them and then 
2279 submit the view for re-alignment with Clustal.}
2280 \exstep{Use [CTRL]-Z to recover the alignment of the last three sequences in the MAFFT alignment. 
2281 Once the Clustal re-alignment has completed, compare the results of re-alignment of the 
2282 three sequences with their alignment in the original MAFFT result.}
2283 \exstep{Select columns 60 to 125 in the original MAFFT alignment and hide them. 
2284 Select {\sl Web Services $\Rightarrow$ Alignment $\Rightarrow$ Mafft with Defaults} to 
2285 submit the visible portion of the alignment to MAFFT. When the web service job pane appears, 
2286 note that there are now two alignment job status panes shown in the window.}
2287 \exstep{When the MAFFT job has finished, compare the alignment of the N-terminal visible 
2288 region in the result with the corresponding region of the original alignment. If you wish, 
2289 select and hide a few more columns in the N-terminal region, and submit the alignment to the 
2290 service again and explore the effect of local alignment on the non-homologous parts of the 
2291 N-terminal region.} 
2292 }
2293
2294 \subsubsection{Alignments of Sequences that include Hidden Regions}
2295
2296 If the view or selected region that is submitted for alignment contains hidden
2297 regions, then {\bf only the visible sequences will be submitted to the service}.
2298 Furthermore, each contiguous segment of sequences will be aligned independently
2299 (resulting in a number of alignment `subjobs' appearing in the status window).
2300 Finally, the results of each subjob will be concatenated with the hidden regions
2301 in the input data prior to their display in a new window. This approach ensures
2302 that 1) hidden column boundaries in the input data are preserved in the
2303 resulting alignment - in a similar fashion to the constraint that hidden columns
2304 place on alignment editing (see Section \ref{lockededits} and 2) hidden
2305 columns can be used to preserve existing parts of an alignment whilst the
2306 visible parts are locally refined.
2307
2308
2309 \subsection{Customising the Parameters used for Alignment}
2310
2311 JABA web services allow you to vary the parameters used when performing a
2312 bioinformatics analysis. For JABA alignment services, this means you are
2313 usually able to modify the following types of parameters:
2314 \begin{list}{$\bullet$}{}
2315 \item Amino acid or nucleotide substitution score matrix
2316 \item Gap opening and widening penalties
2317 \item Types of distance metric used to construct guide trees
2318 \item Number of rounds of re-alignment or alignment optimisation  
2319 \end{list}
2320
2321
2322 \subsubsection{Getting Help on the Parameters for a Service}
2323 Each parameter available for a method usually has a short description, which
2324 Jalview will display as a tooltip, or as a text pane that can be opened under
2325 the parameter's controls. In the parameter shown in Figure
2326 \ref{clustalwparamdetail}, the description was opened by selecting the button on the left hand side. Online help for the
2327 service can also be accessed, by right clicking the button and selecting a URL
2328 from the pop-up menu that will open.
2329
2330 \begin{figure}[htbp]
2331 \begin{center}
2332 \includegraphics[width=2.5in]{images/clustalwparamdetail.pdf}
2333 \caption{{\bf ClustalW parameter slider detail}. From the ClustalW {\sl Clustal $\Rightarrow$ Edit settings and run ...} dialog box. }
2334 \label{clustalwparamdetail}
2335 \end{center}
2336 \end{figure} 
2337
2338 \subsection{Alignment Presets}
2339 The different multiple alignment algorithms available from JABA vary greatly in
2340 the number of adjustable parameters, and it is often difficult to identify what
2341 are the best values for the sequences that you are trying to align. For these
2342 reasons, each JABA service may provide one or more presets -- which are
2343 pre-defined sets of parameters suited for particular types of alignment
2344 problem. For instance, the Muscle service provides the following presets:
2345 \begin{list}{$\bullet$}{}
2346 \item Large alignments (balanced)
2347 \item Protein alignments (fastest speed)
2348 \item Nucleotide alignments (fastest speed)
2349 \end{list}
2350
2351 The presets are displayed in the JABA web services submenu, and can also be
2352 accessed from the parameter editing dialog box, which is opened by selecting
2353 the `{\sl Edit settings and run ...}' option from the web services menu. If you have used
2354 a preset, then it will be mentioned at the beginning of the job status file shown
2355 in the web service job progress window.
2356
2357 \subsubsection{Alignment Service Limits}
2358 Multiple alignment is a computationally intensive calculation. Some JABA server
2359 services and service presets only allow a certain number of sequences to be
2360 aligned. The precise number will depend on the server that you are using to
2361 perform the alignment. Should you try to submit more sequences than a service
2362 can handle, then an error message will be shown informing you of the maximum
2363 number allowed by the server.
2364
2365 \subsection{User Defined Presets}
2366 Jalview allows you to create your own presets for a particular service. To do
2367 this, select the `{\sl Edit settings and run ...}' option for your service,
2368 which will open a parameter editing dialog box like the one shown in Figure
2369 \ref{jwsparamsdialog}.
2370
2371 The top row of this dialog allows you to browse the existing presets, and
2372 when editing a parameter set, allows you to change its nickname. As you
2373 adjust settings, buttons will appear at the top of the parameters dialog that
2374 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
2375 description for the parameter set, which will be shown in the tooltip for the
2376 parameter set's entry in the web services menu.
2377
2378 \begin{figure}[htbc]
2379 \center{
2380 \includegraphics[width=3in]{images/jvaliwsparamsbox.pdf}
2381 \caption{{\bf Jalview's JABA alignment service parameter editing dialog box}.}
2382 \label{jwsparamsdialog} }
2383 \end{figure}
2384
2385 \subsubsection{Saving Parameter Sets}
2386 When creating a custom parameter set, you will be asked for a file name to save
2387 it. The location of the file is recorded in the Jalview user preferences in the
2388 same way as a custom alignment colourscheme, so when Jalview is launched again,
2389 it will show your custom preset amongst the options available for running the
2390 JABA service.
2391
2392
2393 % \exercise{Creating and using user defined presets}{\label{createandusepreseex}
2394 % \exstep{Import the file at
2395 % \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/fdx\_unaligned.fa} into jalview.}
2396 % \exstep{Use the `{\slDiscover Database Ids}' function to recover the PDB cross
2397 % references for the sequences.}
2398 % \exstep{Align the sequences using the default ClustalW parameters.}
2399 % \exstep{Use the `{\sl Edit and run..}'
2400 % option to open the ClustalW parameters dialog box, and create a new preset using
2401 % the following settings:
2402 % \begin{list}{$\bullet$}{}
2403 % \item BLOSUM matrix (unchanged)
2404 % \item Gap Opening and End Gap penalties = 0.05
2405 % \item Gap Extension and Separation penalties = 0.05
2406 % \end{list}
2407
2408 % As you edit the parameters, buttons will appear on the dialog box
2409 % allowing you revert your changes or save your settings as a new parameter
2410 % set.
2411
2412 % Before you save your settings, remeber to give them a meaningful name by editing
2413 % the text box at the top of the dialog box.
2414 % }
2415 % \exstep{Repeat the alignment using your new parameter set by selecting it from
2416 % the {\sl ClustalW Presets menu}.} 
2417 % \exstep{These sequences have PDB structures associated with them, so it is
2418 % possible to compare the quality of the alignments.
2419
2420 % Use the {\sl View all {\bf N}
2421 % structures} option to calculate the superposition of 1fdn on 1fxd for both
2422 % alignments (refer to section \ref{superposestructs} for instructions). Which
2423 % alignment gives the best RMSD ? }
2424 % \exstep{Apply the same alignment parameter settings to the example alignment
2425 % (available from \textsf{http://www.jalview.org/examples/uniref50.fa}). 
2426
2427 % Are there differences ? If not, why not ?
2428 % }
2429 % }
2430
2431 \section{Protein Alignment Conservation Analysis}
2432 \label{aacons}
2433 The {\sl Web Service $\Rightarrow$ Conservation} menu controls the computation
2434 of up to 17 different amino acid conservation measures for the current alignment
2435 view. The JABAWS AACon Alignment Conservation Calculation Service, which is used
2436 to calculate these scores, provides a variety of standard measures described by
2437 Valdar in 2002\footnote{Scoring residue conservation. Valdar (2002) {\sl
2438 Proteins: Structure, Function, and Genetics} {\bf 43} 227-241.} as well as an efficient implementation of the SMERFs
2439 score developed by Manning et al. in 2008.\footnote{SMERFS Score Manning et al. {\sl BMC
2440 Bioinformatics} 2008, {\bf 9} 51 \href{http://dx.doi.org/10.1186/1471-2105-9-51}{doi:10.1186/1471-2105-9-51}}
2441
2442 \subsubsection{Enabling and Disabling AACon Calculations}
2443 When the AACon Calculation entry in the {\sl Web Services $\Rightarrow$
2444 Conservation} menu is ticked, AACon calculations will be performed every time
2445 the alignment is modified. Selecting the menu item will enable or disable
2446 automatic recalculation.
2447
2448 \subsubsection{Configuring which AACon Calculations are Performed}
2449 The {\sl Web Services $\Rightarrow$ Conservation $\Rightarrow$ Change AACon
2450 Settings ...} menu entry will open a web services parameter dialog for the
2451 currently configured AACon server. Standard presets are provided for quick and
2452 more expensive conservation calculations, and parameters are also provided to
2453 change the way that SMERFS calculations are performed.
2454 AACon settings for an alignment are saved in Jalview projects along with the
2455 latest calculation results.
2456
2457 \subsubsection{Changing the Server used for AACon Calculations}
2458 If you are working with alignments too large to analyse with the public JABAWS
2459 server, then you will most likely have already configured additional JABAWS
2460 servers. By default, Jalview will chose the first AACon service available from
2461 the list of JABAWS servers available. If available, you can switch to use
2462 another AACon service by selecting it from the {\sl Web Services $\Rightarrow$
2463 Conservation $\Rightarrow$ Switch Server} submenu.
2464
2465 \chapter{Analysis of Alignments}
2466 \label{alignanalysis}
2467 Jalview provides support for sequence analysis in two ways. A number of
2468 analytical methods are `built-in', these are accessed from the {\sl Calculate}
2469 alignment window menu. Computationally intensive analyses are run outside
2470 Jalview {\sl via} web services - these are typically accessed {\sl via} the {\sl
2471 Web Service} menu, and described in chapter \ref{jvwebservices}.
2472 In this section, we describe the built-in analysis capabilities common to both
2473 the Jalview Desktop and the JalviewLite applet.
2474  
2475 \section{PCA}
2476 This calculation creates a spatial representation of the similarities within the
2477 current selection or the whole alignment if no selection has been made. After
2478 the calculation finishes, a 3D viewer displays the each sequence as a point in
2479 3D `similarity space'. Sets of similar sequences tend to lie near each other in
2480 this space.
2481 Note: The calculation is computationally expensive, and may fail for very large
2482 sets of sequences - because the JVM has run out of memory. Memory issues, and
2483 how to overcome them, were discussed in Section \ref{memorylimits}.
2484
2485 \subsubsection{What is PCA?}
2486 Principal components analysis is a technique for examining the structure of
2487 complex data sets. The components are a set of dimensions formed from the
2488 measured values in the data set, and the principal component is the one with the
2489 greatest magnitude, or length. The sets of measurements that differ the most
2490 should lie at either end of this principal axis, and the other axes correspond
2491 to less extreme patterns of variation in the data set.
2492 In this case, the components are generated by an eigenvector decomposition of
2493 the matrix formed from the sum of pairwise substitution scores at each aligned
2494 position between each pair of sequences. The basic method is described in the
2495 1995 paper by {\sl G. Casari, C. Sander} and {\sl A. Valencia} \footnote{{\sl
2496 Nature Structural Biology} (1995) {\bf 2}, 171-8.
2497 PMID: 7749921} and implemented at the SeqSpace server at the EBI.
2498
2499 Jalview provides two different options for the PCA calculation. Protein PCAs are
2500 by default computed using BLOSUM 62 pairwise substitution scores, and nucleic
2501 acid alignment PCAs are computed using a score model based on the identity
2502 matrix that also treats Us and Ts as identical, to support analysis of both RNA
2503 and DNA alignments. The {\sl Change Parameters} menu also allows the calculation
2504 method to be toggled between SeqSpace and a variant calculation that is detailed
2505 in Jalview's built in documentation.\footnote{See
2506 \url{http://www.jalview.org/help/html/calculations/pca.html}.}
2507
2508
2509 \exercise{Principal Component Analysis}{ \exstep{Load the alignment at
2510 \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa} }
2511 \exstep{Select the menu option {\sl Calculate $\Rightarrow$ Principle Component Analysis}.
2512 A new window will open. Move this window so that the tree, alignment and PCA viewer window are all visible.
2513 Try rotating the plot by clicking and dragging the mouse on the plot in the PCA window.
2514 Note that clicking on points in the plot will highlight them on the alignment. } 
2515 \exstep{ Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$
2516 Neighbour Joining Using BLOSUM62}. A new tree window will appear.
2517 Click on the tree window. Careful selection of the tree partition location will divide the alignment into a number of groups, 
2518 each of a different colour.
2519 Note how the colour of the sequence ID label matches both the colour of
2520 the partitioned tree and the points in the PCA plot.} }
2521
2522 \subsubsection{The PCA Viewer}
2523
2524 PCA analysis can be launched from the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Principlal
2525 Component Analysis} menu option. {\bf PCA requires a selection containing at
2526 least 4 sequences}.  A window opens containing the PCA tool (Figure \ref{PCA}).
2527 Each sequence is represented by a small square, coloured by the background
2528 colour of the sequence ID label. The axes can be rotated by clicking and
2529 dragging the left mouse button and zoomed using the $\uparrow$ and $\downarrow$
2530 keys or the scroll wheel of the mouse (if available).  A tool tip appears if the
2531 cursor is placed over a sequence. Sequences can be selected by clicking on them.
2532 [CTRL]-Click can be used to select multiple sequences.
2533
2534 Labels will be shown for each sequence by toggling the {\sl View $\Rightarrow$
2535 Show Labels} menu option, and the plot background colour changed {\sl via} the
2536 {\sl View $\Rightarrow$ Background Colour..} dialog box. A graphical
2537 representation of the PCA plot can be exported as an EPS or PNG image {\sl via}
2538 the {\sl File $\Rightarrow$ Save As $\Rightarrow$ \ldots } submenu.
2539
2540 \begin{figure}[hbtp]
2541 \begin{center}
2542 \includegraphics[width=2in]{images/PCA1.pdf}
2543 \includegraphics[width=3in]{images/PCA3.pdf}
2544 \caption{{\bf PCA Analysis.} }
2545 \label{PCA}
2546 \end{center}
2547 \end{figure}
2548
2549
2550
2551 \subsubsection{PCA Data Export}
2552 Although the PCA viewer supports export of the current view, the plots produced
2553 are rarely suitable for direct publication. The PCA viewer's {\sl File} menu
2554 includes a number of options for exporting the PCA matrix and transformed points
2555 as comma separated value (CSV) files. These files can be imported by tools such
2556 as {\bf R} or {\bf gnuplot} in order to graph the data.
2557
2558 \section{Trees}
2559 \label{trees}
2560 Jalview can calculate and display trees, providing interactive tree-based
2561 grouping of sequences though a tree viewer. All trees are calculated {\sl via}
2562 the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ \ldots} submenu.
2563 Trees can be calculated from distance matrices determined from \% identity or
2564 aggregate BLOSUM 62 score using either {\sl Average Distance} (UPGMA) or {\sl
2565 Neighbour Joining} algorithms. The input data for a tree is either the selected
2566 region or the whole alignment, excluding any hidden regions.
2567
2568 On calculating a tree, a new window opens (Figure \ref{trees1}) which contains
2569 the tree. Various display settings can be found in the tree window {\sl View}
2570 menu, including font, scaling and label display options, and the {\sl File
2571 $\Rightarrow$ Save As} submenu contains options for image and Newick file
2572 export. Newick format is a standard file format for trees which allows them to
2573 be exported to other programs.  Jalview can also read in external trees in
2574 Newick format {\sl via} the {\sl File $\Rightarrow$ Load Associated Tree} menu
2575 option. Leaf names on imported trees will be matched to the associated alignment
2576 - unmatched leaves will still be displayed, and can be highlighted using the
2577 {\sl View $\Rightarrow$ Mark Unlinked Leaves} menu option.
2578
2579
2580 \begin{figure}
2581 \begin{center}
2582 \includegraphics[width=2.5in]{images/trees1.pdf}
2583 \includegraphics[width=2.5in]{images/trees2.pdf}
2584 \includegraphics[width=1.25in]{images/trees4.pdf}
2585 \caption{{\bf Calculating Trees} Jalview provides four built in models for calculating trees. 
2586 Jalview can also load precalculated trees in Newick format (right).}
2587 \label{trees1}
2588 \end{center}
2589 \end{figure}
2590
2591
2592 Clicking on the tree brings up a cursor across the height of the tree. The
2593 sequences are automatically partitioned and coloured (Figure \ref{trees2}). To
2594 group them together, select the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Sort $\Rightarrow$
2595 By Tree Order $\Rightarrow$ \ldots} alignment window menu option and choose the
2596 correct tree. The sequences will then be sorted according to the leaf order
2597 currently shown in the tree view. The coloured background to the sequence IDs
2598 can be removed with {\sl Select $\Rightarrow$ Undefine Groups} from the
2599 alignment window menu. Note that tree partitioning will also remove any groups
2600 and colourschemes on a view, so create a new view ([CTRL-T]) if you wish to
2601 preserve these.
2602
2603 \begin{figure}
2604 \begin{center}
2605 \includegraphics[width=5in]{images/trees3.pdf}
2606 \caption{{\bf Interactive Trees} The tree level cutoff can be used to designate
2607 groups in Jalview.}
2608 \label{trees2}
2609 \end{center}
2610 \end{figure}
2611
2612 %\subsubsection{Multiple Views and Input Data recovery from PCA and Tree Viewers}
2613 % move to ch. 3 ?
2614 %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.
2615
2616 \subsubsection{Recovering input Data for a Tree or PCA Plot Calculation}
2617 \parbox[c]{5in}{
2618 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. 
2619 }
2620 \parbox[c]{1.25in}{\centerline{\includegraphics[width=1.25in]{images/pca_fmenu.pdf}
2621 }}
2622
2623 \subsubsection{Changing the associated View for a Tree or PCA Viewer}
2624 \parbox[c]{4in}{
2625 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. 
2626 } \parbox[c]{3in}{\centerline{
2627 \includegraphics[width=2.5in]{images/pca_vmenu.pdf} }}
2628
2629 \subsection{Tree Based Conservation Analysis}
2630 \label{treeconsanaly}
2631
2632 Trees reflect the pattern of global sequence similarity exhibited by the
2633 alignment, or region within the alignment, that was used for their calculation.
2634 The Jalview tree viewer enables sequences to be partitioned into groups based
2635 on the tree. This is done by clicking within the tree viewer window. Once subdivided, the
2636 conservation between and within groups can be visually compared in order to
2637 better understand the pattern of similarity revealed by the tree and the
2638 variation within the clades partitioned by the grouping. The conservation based
2639 colourschemes and the group associated conservation and consensus annotation
2640 (enabled using the alignment window's {\sl View $\Rightarrow$ Autocalculated
2641 Annotation $\Rightarrow$ Group Conservation} and {\sl Group Consensus} options)
2642 can help when working with larger alignments.
2643
2644 \exercise{Trees}{
2645 \exstep{Ensure that you have at least 1G memory available in Jalview
2646 (Either start with this link:
2647 \href{http://www.jalview.org/services/launchApp?jvm-max-heap=1G}{http://www.jalview.org/services/launchApp?jvm-max-heap=1G},
2648 or in the Development section of the Jalview web site
2649 (\href{http://www.jalview.org/development/development-builds}{http://www.jalview.org/development/development-builds})
2650 in the ``latest official build'' row in the table, go to the
2651 ``Webstart'' column, click on ``G2''.)}
2652 \exstep{Open the alignment at \textsf{http://www.jalview.org/tutorial/alignment.fa}. 
2653 Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ Neighbour Joining Using BLOSUM62}. A new tree window will appear.}
2654 \exstep{Click on the tree window. A cursor will appear. Note that placing this cursor divides the tree into a number of groups by colour. Place the cursor to give about 4 groups, then select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Sort $\Rightarrow$ By Tree Order $\Rightarrow$ Neighbour Joining Tree using BLOSUM62 from ... }. The sequences are reordered to match the order in the tree and groups are formed implicitly.}
2655 \exstep{Select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$
2656 Neighbour Joining Using \% Identity}. A new tree window will appear. The group colouring 
2657 makes it easy to see the differences between the two trees, calculated using
2658  different methods.} \exstep{Select from sequence 2 column 60 to sequence 12 column 123. Select  {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ Neighbour Joining Using BLOSUM62}. A new tree window will appear. It can be seen that the tree contains 11 sequences. It has been coloured according to the already selected groups from the first tree and is calculated purely from the residues in the selection. 
2659 Comparing the location of individual sequences between the three trees illustrates the importance of selecting appropriate regions of the alignment for the calculation of trees. 
2660 }
2661 \exstep{Recover the {\sl Input Data} for the tree you just calculated from the {\sl File} menu. Check the {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps } option is {\sl not} ticked, and insert one gap anywhere in the alignment. Now select {\sl Calculate $\Rightarrow$ Calculate Tree $\Rightarrow$ Neighbour Joining Using BLOSUM62}. 
2662
2663 A warning dialog box {\bf ``Sequences not aligned'' } appears because the sequences input to the tree calculation are of different lengths. }
2664
2665 \exstep{Now select {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps } and try to perform the tree calculation again - this time a new tree should appear.
2666
2667 This demonstrates the use of the {\sl Pad Gaps } editing preference, which ensures that all sequences are the same length after editing. }
2668
2669 }
2670
2671 \exercise{Tree Based Conservation Analysis}{
2672 \label{consanalyexerc}
2673 \exstep{Load the PF03460 PFAM seed alignment using the sequence fetcher. Colour it with the {\sl Taylor colourscheme}, and apply {\sl Conservation } shading. }
2674 \exstep{Build a Neighbour joining tree using BLOSUM62 and use the {\sl Sort
2675 Alignment By Tree} option in the tree viewer submenu to order alignment using the calculated tree.} \exstep{Select a point on the tree to partition the alignment, and examine the variation in colouring between different groups. 
2676
2677 You may find it easier to browse the alignment if you first uncheck the {\sl
2678 Annotations $\Rightarrow$ Show Annotations} option, and open the Overview Window
2679 within the View menu to aid navigation.}
2680 \exstep{Try changing the colourscheme to BLOSUM62 (whilst ensuring that {\sl Apply Colour to All Groups} is selected)}
2681 {\sl Note: You may want to save the alignment and tree as a project file, since
2682 it is used in the next few exercises. } }
2683
2684
2685 \subsection{Redundancy Removal}
2686
2687 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.}.
2688 \begin{figure}
2689 \begin{center}
2690 \includegraphics[width=5.5in]{images/redundancy.pdf}
2691 \end{center}
2692 \label{removeredundancydialog}
2693 \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.}
2694 \end{figure}
2695
2696
2697 \subsection{Subdividing the Alignment According to Specific Mutations}
2698
2699 It is often necessary to explore variations in an alignment that may correlate
2700 with mutations observed in a particular region; for example, sites exhibiting
2701 single nucleotide polymorphism, or residues involved in substrate recognition in
2702 an enzyme. One way to do this would be to calculate a tree using the specific
2703 region, and subdivide it in order to partition the alignment.
2704 However, calculating a tree can be slow for large alignments, and the tree may
2705 be difficult to partition when complex mutation patterns are being analysed. The
2706 {\sl Select $\Rightarrow$ Make groups for selection } function was introduced to
2707 make this kind of analysis easier. When selected, it will use the characters in
2708 the currently selected region to subdivide the alignment. For example, if a
2709 single column is selected, then the alignment (or each group defined on the
2710 alignment) will be divided into groups based on the residue or nucleotide found
2711 at that position. These new groups are annotated with the characters in the
2712 selected region, and Jalview's group based conservation analysis annotation and
2713 colourschemes can then be used to reveal any associated pattern of sequence
2714 variation across the whole alignment.
2715
2716
2717 % These annotations can be hidden and deleted via the context menu linked to the
2718 % annotation row; but they are only created on loading an alignment. If they are
2719 % deleted then the alignment should be saved and then reloaded to restore them.
2720 % Jalview provides a toggle to autocalculate a consensus sequence upon editing.
2721 % This is normally selected by default, but can be turned off for large alignments {\sl via} the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Autocalculate
2722 % Consensus} menu option if the interface is too slow.
2723
2724 % \subsubsection{Group Associated Annotation}
2725 % \label{groupassocannotation}
2726 % Group associated consensus and conservation annotation rows reflect the
2727 % sequence variation within a particular group. Their calculation is enabled
2728 % by selecting the {\sl Group Conservation} or {\sl Group Consensus} options in
2729 % the {\sl Annotation $\Rightarrow$ Autocalculated Annotation } submenu of the
2730 % alignment window. 
2731
2732 % \subsubsection{Alignment and Group Sequence Logos}
2733 % \label{seqlogos}
2734
2735 % The consensus annotation row that is shown below the alignment can be overlaid
2736 % with a sequence logo that reflects the symbol distribution at each column of
2737 % the alignment. Right click on the Consensus annotation row and select the {\sl
2738 % Show Logo} option to display the Consensus profile for the group or alignment.
2739 % Sequence logos can be enabled by default for all new alignments {\sl via} the
2740 % Visual tab in the Jalview desktop's preferences dialog box.
2741
2742 \section{Pairwise Alignments}
2743 Jalview can calculate optimal pairwise alignments between arbitrary 
2744 sequences {\sl via} the {\sl Calculate $\Rightarrow$ Pairwise Alignments\ldots} menu option. 
2745 Global alignments of all pairwise combinations of the selected sequences are performed and the results returned in a text box.
2746
2747
2748
2749 \exercise{Remove Redundant Sequences}{
2750
2751 \exstep{Re-use or recreate the alignment and tree which you worked with in the
2752 tree based conservation analysis exercise (exercise \ref{consanalyexerc}). In
2753 the alignment window, you may need to deselect groups using Esc key.}
2754 \exstep{In the Edit menu select Remove Redundancy to open the Redundancy
2755 threshold selection dialog. Adjust the redundancy threshold value, start
2756 at 50 and increase the value to 65. Sequences selected will change colour in the Sequence ID panel. Select ``Remove'' to
2757 remove the sequences that are more than 65\% similar under this alignment.}
2758 \exstep{Select the Tree viewer's {\sl View $\Rightarrow$ Mark Unlinked Leaves} option, and note that the removed sequences are now prefixed with a * in the tree view.}
2759 \exstep{Use the [Undo] button in the Redundancy threshold selection dialog box
2760 to recover the sequences. Note that the * symbols disappear from the tree display.}
2761 \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.}
2762 }
2763
2764 \exercise{Group Conservation Analysis}{
2765 \exstep{Re-use or recreate the alignment and tree which you worked with in the
2766 tree based conservation analysis exercise (exercise \ref{consanalyexerc})} 
2767 \exstep{In the View menu, create a new view. Ensure the annotation panel
2768 is displayed (Show annotation in Annotations menu). Enable the display
2769 of {\sl Group Consensus} option by checking {\sl Group Consensus} in the {\sl Annotation $\Rightarrow$
2770 Autocalculated Annotation } submenu in the sequence alignment window. Then display of sequence 
2771 logos to make it easier to see the different residue populations within each
2772 group. Activate logo by right clicking on the Consensus annotation row to open
2773 the pop-up menu and select the {\sl Show Logo} option.} 
2774 \exstep{In the column alignment ruler, select a column exhibiting about 50\%
2775 conservation that lies within the central conserved region of the alignment. Subdivide the alignment according to
2776 this selection using {\sl Select $\Rightarrow$ Make groups for selection}.}
2777 \exstep{Re-order the alignment according to the new groups that have been
2778 defined. Click on the group annotation row IDs to select groups exhibiting a
2779 specific mutation.}
2780 \exstep{Select another column exhibiting about 50\% conservation
2781 overall, and subdivide the alignment further. Note that the new groups
2782 inherit the names of the original groups, allowing you to identify the
2783 combination of mutations that resulted in the subdivision.
2784 }
2785 \exstep{Clear the groups, and try to subdivide the alignment using two
2786 non-adjacent columns.
2787
2788 {\sl Hint: You may need to hide the intervening columns before you can select
2789 both of the columns that you wish to use to subdivide the alignment.}}
2790 \exstep{Switch back to the original view, and experiment with subdividing
2791 the tree groups made in the previous exercise.}
2792 }
2793
2794 \begin{figure}[]
2795 \begin{center}
2796 \includegraphics[width=4in]{images/pairwise.pdf}
2797 \caption{{\bf Pairwise alignment of sequences.} Pairwise alignments of three selected sequences are shown in a textbox.}
2798 \label{pairwise}
2799 \end{center}
2800 \end{figure}
2801
2802
2803 \chapter{Working with 3D structures}
2804 \label{3Dstructure}
2805
2806
2807 To summarise, section \ref{featannot} describes the mechanisms provided by
2808 Jalview for interactive creation of sequence and alignment annotation, and how they can be
2809 displayed, imported and exported and used to reorder the alignment. Section
2810 \ref{featuresfromdb} discusses the retrieval of database references and
2811 establishment of sequence coordinate systems for the retrieval and display of
2812 features from databases and DAS annotation services.
2813 Section \ref{msaservices} describes how to use the range of multiple alignment
2814 programs provided by JABAWS, and Section \ref{aacons} introduces JABAWS AACon
2815 service for protein multiple alignment conservation analysis.
2816  In Section \ref{alignanalysis}, you will find
2817 descriptions and exercises on building and displaying trees, PCA analysis,
2818 alignment redundancy removal, pairwise alignments and alignment conservation
2819 analysis. 
2820 Section \ref{wkwithstructure} introduces the structure visualization
2821 capabilities of Jalview.
2822 Section \ref{protsspredservices} explains how to perform protein secondary
2823 structure predictions with JPred, and JABAWS protein disorder prediction
2824 services are introduced in Section \ref{protdisorderpred}.
2825 Section \ref{workingwithnuc} describes functions and visualization techniques relevant
2826 to working with nucleotide sequences, coding region annotation and nucleotide
2827 sequence alignments.
2828 Section \ref{jvwebservices} introduces the various web based services
2829 available to Jalview users, and Section \ref{jabaservices} explains how to
2830 configure the Jalview Desktop for access to new JABAWS servers.
2831
2832  
2833 % and Section \ref{workingwithrna} covers the visualization,
2834 % editing and analysis of RNA secondary structure.
2835
2836 \section{Working with Structures}
2837 \label{wkwithstructure}
2838 Jalview facilitates the use of protein structures for the analysis of alignments
2839 by providing a linked view of structures associated with sequences in
2840 the alignment. The Java based molecular viewing program Jmol\footnote{See the
2841 Jmol homepage \url{http://www.jmol.org} for more information.} has been
2842 incorporated\footnote{Earlier versions of Jalview included MCView - a simple
2843 main chain structure viewer. Structures are visualized as an alpha carbon trace
2844 and can be viewed, rotated and coloured in a structure viewer and the results
2845 interpreted on a sequence alignment.} which enables sophisticated molecular
2846 visualizations to be prepared and investigated alongside an analysis of
2847 associated sequences.
2848 PDB format files can be imported directly or structures can be retrieved from
2849 the European Protein Databank (PDBe) using the Sequence Fetcher (see
2850 \ref{fetchseq}).
2851
2852 \subsection{Automatic Association of PDB Structures with Sequences}
2853 Jalview can automatically determine which structures are associated with a
2854 sequence in a number of ways.
2855 \subsubsection{Discovery of PDB IDs from Sequence Database Cross-references}
2856 If a sequence has an ID from a public database that contains cross-references to
2857 the PDB, such as Uniprot. Right-click on any sequence ID and select {\sl Structure $\Rightarrow$
2858 Associate Structure with Sequence $\Rightarrow$ Discover PDB IDs } from the context menu (Figure \ref{auto}). Jalview will attempt to associate the
2859 sequence with a Uniprot sequence and from there discover any associated PDB
2860 structures. This takes a few seconds and applies to all sequences in the
2861 alignment which have valid Uniprot IDs. On moving the cursor over the sequence
2862 ID the tool tip\footnote{Tip: The sequence ID tooltip can often become large for
2863 heavily cross referenced sequence IDs. Use the {\sl View $\Rightarrow$ Sequence
2864 ID Tooltip $\Rightarrow$ } submenu to disable the display of database cross
2865 references or non-positional features. } now shows the Uniprot ID and any
2866 associated PDB structures.
2867
2868 \begin{figure}[htbp]
2869 \begin{center}
2870 %TODO fix formatting
2871 \parbox{1.5in}{
2872 {\centering 
2873 \begin{center}
2874 \includegraphics[width=1.5in]{images/auto1.pdf}
2875 \end{center}}
2876 } \parbox{3.25in}{
2877 {\centering 
2878 \begin{center}
2879 \includegraphics[scale=0.5]{images/auto2.pdf}
2880 \end{center}
2881 }
2882 } \parbox{1.5in}{
2883 {\centering 
2884 \begin{center} 
2885 \includegraphics[width=1.5in]{images/auto3.pdf}
2886 \end{center}
2887 }
2888 }
2889
2890 \caption{{\bf Automatic PDB ID discovery.} The tooltip (left) indicates that no PDB structure has been associated with the sequence. 
2891 After PDB ID discovery (center) the tool tip now indicates the Uniprot ID and
2892 any associated PDB structures (right).}
2893 \label{auto}
2894 \end{center}
2895 \end{figure}
2896
2897 \subsubsection{Drag-and-Drop Association of PDB Files with Sequences by Filename
2898 Match}
2899 \label{multipdbfileassoc}
2900 If one or more PDB files stored on your computer are dragged from their location
2901 on the file browser onto an alignment window, Jalview will search the alignment
2902 for sequences with IDs that match any of the files dropped onto the alignment.
2903 If it discovers matches, a dialog like the one in Figure
2904 \ref{multipdbfileassocfig} is shown, giving the option of creating associations
2905 for the matches.
2906
2907 If no associations are made, then sequences extracted
2908 from the structure will be simply added to the alignment. However, if only
2909 some of the PDB files are associated, Jalview will raise another dialog box
2910 giving you the option to add any remaining sequences from the PDB structure files not present in
2911 the alignment. This allows you to easily decorate sequences in a newly imported
2912 alignment with any corresponding structures you've already collected in a directory
2913 accessible from your computer.\footnote{We plan to extend this facility in
2914 future so Jalview will automatically search for PDB files matching your
2915 sequence within a local directory. Check out 
2916 \href{http://issues.jalview.org/browse/JAL-801}{Jalview issue 801}}
2917
2918 % 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 ...
2919 % JBP: yes there is - under 'Discovery of ' subsection.
2920 \begin{figure}[htbp]
2921 \begin{center}
2922 \includegraphics[]{images/pdbdragdropassoc.pdf}
2923
2924 \caption{{\bf Associating PDB files with sequences by drag-and-drop.} Dragging
2925 PDB files onto an alignment of sequences with names matching the dragged files
2926 names (A), results in a dialog box (B) that gives the option to associate each
2927 file with any sequences with matching IDs. }
2928 \label{multipdbfileassocfig}
2929 \end{center}
2930 \end{figure}
2931
2932
2933 \subsection{Viewing Structures}
2934 \label{viewAllStructures}
2935 The structure viewer can be launched in two ways from the sequence ID context
2936 menu. To view a particular structure associated with a sequence in the
2937 alignment, simply select it from popup menu's associated structures submenu in
2938 {\sl Structure $\Rightarrow$ View Structure $\Rightarrow$ $<$PDB ID$>$}. The
2939 second way is most useful if you want to view all structural data available for
2940 a set of sequences in an alignment. If any of the {\bf currently selected}
2941 sequences have structures associated, the {\sl Structure } submenu of the
2942 sequence ID popup menu will include an option to {\sl View {\bf N}
2943 structures}. Selecting this option will open a new structure view containing
2944 the associated structures superposed according to the alignment.
2945
2946 In both cases, each structure to be displayed will be downloaded or loaded from
2947 the local file system, and shown as a ribbon diagram coloured according to the
2948 associated sequence in the current alignment view (Figure \ref{structure}
2949 (right)). The structure can be rotated by clicking and dragging in the structure
2950 window. The structure can be zoomed using the mouse scroll wheel or by
2951 [SHIFT]-dragging the structure.
2952 Moving the mouse cursor over a sequence to which the structure is linked in the
2953 alignment view highlights the respective residue's sidechain atoms. The
2954 sidechain highlight may be obscured by other parts of the molecule. Similarly,
2955 moving the cursor over the structure shows a tooltip and highlights the
2956 corresponding residue in the alignment. Clicking the alpha carbon or phosphorous
2957 backbone atom will toggle the highlight and residue label on and off. Often, the
2958 position highlighted in the sequence may not be in the visible portion of the
2959 current alignment view and the sliders will scroll automatically to show the
2960 position. If the alignment window's {\sl View $\Rightarrow$ Automatic Scrolling
2961 } option is not selected, however, then the automatic adjustment will be
2962 disabled for the current view.
2963
2964 \begin{figure}[htbp]
2965 \begin{center}
2966 \parbox{3in}{
2967 {\centering 
2968 \begin{center}
2969 \includegraphics[scale=0.5]{images/structure1.pdf}
2970 \end{center}
2971 }
2972 }
2973 \parbox{3.2in}{
2974 {\centering 
2975 \begin{center}
2976 \includegraphics[width=3in]{images/structure2.pdf}
2977 \end{center}
2978 }
2979 }
2980 \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). }
2981 \label{structure}
2982 \end{center}
2983 \end{figure}
2984
2985 \subsection{Customising Structure Display}
2986
2987 Structure display can be modified using the {\sl Colour} and {\sl View} menus
2988 in the structure viewer. The background colour can be modified by selecting the
2989 {\sl Colours $\Rightarrow$ Background Colour\ldots} option.
2990
2991 By default, the structure will be coloured in the same way as the associated
2992 sequence(s) in the alignment view from which it was launched. The structure can
2993 be coloured independently of the sequence by selecting an appropriate colour
2994 scheme from the {\sl Colours} menu. It can be coloured according to the
2995 alignment using the {\sl Colours $\Rightarrow$ By Sequence } option. The image
2996 in the structure viewer can be saved as an EPS or PNG with the {\sl File
2997 $\Rightarrow$ Save As $\Rightarrow$ \ldots} submenu, which also allows the raw
2998 data to be saved as PDB format. The mapping between the structure and the
2999 sequence (How well and which parts of the structure relate to the sequence) can
3000 be viewed with the {\sl File $\Rightarrow$ View Mapping} menu option.
3001
3002 \subsubsection{Using the Jmol Visualization Interface }
3003
3004 Jmol has a comprehensive set of selection and visualization functions that are
3005 accessed from the Jmol popup menu (by right-clicking in the Jmol window or by
3006 clicking the Jmol logo). Molecule colour and rendering style can be manipulated,
3007 and distance measurements and molecular surfaces can be added to the view. It
3008 also has its own ``Rasmol\footnote{See \url{http://www.rasmol.org}}-like'' scripting
3009 language, which is described elsewhere\footnote{Jmol Wiki:
3010 \url{http://wiki.jmol.org/index.php/Scripting}
3011
3012 Jmol Scripting reference:
3013 \url{http://www.stolaf.edu/academics/chemapps/jmol/docs/}}. Jalview utilises the
3014 scripting language to interact with Jmol and to store the state of a Jmol
3015 visualization within Jalview archives, in addition to the PDB data file
3016 originally loaded or retrieved by Jalview. To access the Jmol scripting
3017 environment directly, use the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Console} menu option.
3018
3019 If you would prefer to use Jmol to manage structure colours, then select the
3020 {\sl Colours $\Rightarrow$ Colour with Jmol} option. This will disable any
3021 automatic application of colour schemes when new structure data is added, or
3022 when associated alignment views are modified.
3023
3024
3025 \exercise{Viewing Structures}{\label{viewingstructex}
3026 \exstep{Load the alignment at
3027 \textsf{http://www.jalview.org/examples/exampleFile.jar}. Right-click on the
3028 sequence ID label of {\sl FER1\_SPIOL}, this brings up
3029 the context menu. Select {\sl FER1\_SPIOL $\Rightarrow$ Structure $\Rightarrow$
3030 Associate Structure with Sequence $\Rightarrow$ Discover
3031 PDB IDs}. Jalview will now attempt to find PDB structures for the sequences in
3032 the alignment. 
3033 % JBP Note: Bug JAL-1238 needs to be fixed ASAP
3034
3035 {\bf Note:} If you are using Jalview v2.8 - use the {\sl Uniprot } source from the {\sl Web services $\Rightarrow$ Fetch DB References $\Rightarrow$ ..} submenu of the Alignment Window to retrieve the PDB IDs. }
3036 \exstep{ Right-click on the sequence ID for {\sl FER1\_SPIOL}.
3037 Select { \sl FER1\_SPIOL $\Rightarrow$ Structure $\Rightarrow$ View Structure
3038 $\Rightarrow$ 1A70}. A structure viewing window appears. Rotate the molecule by clicking and dragging in the structure viewing box. Zoom with the mouse scroll wheel. } \exstep{Roll the mouse cursor along the {\sl FER1\_SPIOL} sequence in the alignment. Note that if a residue in the sequence maps to one in the structure, a label will appear next to that residue in the structure viewer. Move the mouse over the structure. Placing the mouse over a part of the structure will bring up a tool tip indicating the name and number of that residue. The corresponding residue in the sequence is highlighted in black. Clicking the alpha carbon toggles the highlight and residue label on and off. Try this by clicking on a set of three or four adjacent residues so that the labels are persistent, then finding where they are in the sequence. }
3039 \exstep{Select {\sl Colours $\Rightarrow$ Background Colour\ldots} from the structure viewer menu and choose a suitable colour. Press OK to apply this. Select {\sl File $\Rightarrow$ Save As $\Rightarrow$ PNG} and save the image. View this with a suitable program. }
3040 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ View Mapping} from the structure viewer menu. A new window opens showing the residue by residue alignment between the sequence and the structure.} 
3041 \exstep{Select {\sl File $\Rightarrow$ Save $\Rightarrow$ PDB file} and choose a new filename to save the PDB file. Once the file is saved, open the location in your file browser (or explorer window) and drag the PDB file that you just saved on to the Jalview desktop (or load it from the {\sl Jalview Desktop $\Rightarrow$ Input Alignment $\Rightarrow$ From File } menu). Verify that you can open and view the associated structure from the sequence ID pop-up menu's {\sl Structure } submenu in the new alignment window.}
3042
3043 \exstep{Right click on the structure in the submenu and bring up the Jmol
3044 window.
3045 Explore the menu options. Try to change the style of molecular display - by first using the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Select (n) $\Rightarrow$ All} command (where {\sl n} is the number of residues selected), and then the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Style $\Rightarrow$ Scheme $\Rightarrow$ Ball and Stick} command.} \exstep{Use the {\sl File $\Rightarrow$ Save As .. } function to save the alignment as a Jalview Project. Now close the alignment and the structure view, and load the project file you just saved.
3046
3047 Verify that the Jmol display is as it was when you just saved the file.}
3048 }
3049
3050 \subsection{Superimposing Structures}
3051 \label{superposestructs}
3052 Many comparative biomolecular analysis investigations aim to determine if the
3053 biochemical properties of a given molecule are significantly different to its
3054 homologues. When structure data is available, comparing the shapes of molecules
3055 by superimposing them enables substructure that may impart different behaviour
3056 to be quickly identified. The identification of optimal 3D superpositions
3057 involves aligning 3D data rather than sequence symbols, but the result can
3058 still be represented as a sequence alignment, where columns indicate positions
3059 in each molecule that should be superposed to recreate the optimal 3D alignment.
3060
3061 Jalview can employ Jmol's 3D fitting routines\footnote{See
3062 \href{http://chemapps.stolaf.edu/jmol/docs/?ver=12.2$\#$compare}{http://chemapps.stolaf.edu/jmol/docs/?ver=12.2$\#$compare}
3063 for more information.} to recreate 3D structure superpositions based on the
3064 correspondences defined by one or more sequence alignments involving structures shown in the Jmol display. Superposition based on the currently displayed alignment view happens automatically if a
3065 structure is added to an existing Jmol display using the {\sl Structure
3066 $\Rightarrow$ View PDB Structure $\Rightarrow$ ..}. A new Jmol view containing
3067 superposed structures can also be created using the {\sl Structure
3068 $\Rightarrow$ View all {\bf N} PDB Structures} option (when {\bf {\sl N}}
3069 $>$ 1) if the current selection contains two or more sequences with associated
3070 structures.
3071
3072 \subsubsection{Obtaining the RMSD for a Superposition}
3073 The RMSD (Root Mean Square Deviation) is a measure of how similar the structures
3074 are when they are superimposed. Figure \ref{mstrucsuperposition} shows a
3075 superposition created during the course of Exercise \ref{superpositionex}. The
3076 parts of each molecule used to construct the superposition are rendered using
3077 the cartoon style, with other parts of the molecule drawn in wireframe. The Jmol
3078 console, which has been opened after the superposition was performed, shows the
3079 RMSD report for the superposition.
3080 Full information about the superposition is also outputed to the Jalview
3081 console.\footnote{The Jalview Java Console is opened from {\sl Tools
3082 $\Rightarrow$ Java Console} option in the Desktop's menu bar} This output also
3083 includes the precise atom pairs used to superpose structures.
3084
3085 \subsubsection{Choosing which part of the Alignment is used for Structural
3086 Superposition} Jalview uses the visible part of each alignment view to define
3087 which parts of each molecule are to be superimposed. Hiding a column in a view
3088 used for superposition will remove that correspondence from the set, and will
3089 exclude it from the superposition and RMSD calculation.
3090 This allows the selection of specific parts of the alignment to be used for
3091 superposition. Only columns that define a complete set of correspondences for
3092 all structures will be used for structural superposition, and as a consequence,
3093 the RMSD values generated for each pair of structures superimposed can be
3094 directly compared.
3095
3096 In order to recompute a superposition after changing a view or editing the
3097 alignment, select the {\sl Jmol $\Rightarrow$ Align sequences } menu option. The {\sl
3098 Jmol $\Rightarrow$ Superpose with ..} submenu allows you to choose which of the
3099 associated alignments and views are to be used to create the set of
3100 correspondences. This menu is useful when composing complex superpositions
3101 involving multi-domain and multi-chain complexes, when correspondences may be
3102 defined by more than one alignment.
3103
3104 Note that these menu options appear when you have two or more structures in one Jmol viewer.
3105
3106
3107
3108 \begin{figure}[htbp]
3109 \begin{center}
3110 \includegraphics[width=5.5in]{images/fdxsuperposition.pdf}
3111 \caption{{\bf Superposition of two ferredoxin structures.} The alignment on the
3112 left was used by Jalview to superpose structures associated with the
3113 FER1\_SPIOL and FER1\_MAIZE sequences in the alignment. Parts of each structure
3114 used for superposition are rendered as a cartoon, the remainder rendered in
3115 wireframe. The RMSD between corresponding positions in the structures before and
3116 after the superposition is shown in the Jmol console.}
3117 \label{mstrucsuperposition}
3118 \end{center}
3119 \end{figure}
3120
3121 \exercise{Aligning Structures using the Ferredoxin
3122 Sequence Alignment}{\label{superpositionex}
3123
3124 \exstep{Continue with the Jalview project created in exercise
3125 \ref{viewingstructex}. Use the {\sl Discover PDB IDs} function to retrieve PDB
3126 IDs associated with the FER1\_MAIZE sequence.}
3127 \exstep{Once discovery has completed, use the {\sl
3128 View PDB Structure} submenu to view one of the PDB file associated with
3129 FER1\_MAIZE (eg. 3B2F)
3130 Jalview will give you the option of aligning the structure to the one already
3131 open. To superimpose the structure associated with FER1\_MAIZE with the one
3132 associated with FER1\_SPIOL, press the {\bf Yes} button.
3133
3134 {\sl The Jmol view will update to show both structures, and one will be
3135 moved on to the other. If this doesn't happen, use the Align function in the Jmol submenu}}
3136 \exstep{Create a new view on the alignment, and hide all but columns 121
3137 through to 132.}
3138 \exstep{Use the {\sl Jmol} submenu to
3139 recompute the superposition using just columns 121-132 of the alignment
3140 (The easiest way to achieve this is to select column 121-132 and in the View
3141 menu selected ``All but selected region'' from the Hide options).
3142
3143 {\sl Note how the molecules shift position when superposed using a short part of
3144 the two structures.}}
3145 \exstep{Compare the initial and final RMSDs for superimposing molecules with
3146 the small section and with the whole alignment. (The RMSD report can be
3147 viewed by right clicking the mouse on Jmol window, and select ``Show" and ``Measurements") Which view do you think give the best 3D
3148 superposition, and why ?} }
3149
3150 \subsection{Colouring Structure Data Associated with Multiple Alignments and
3151 Views} Normally, the original view from which a particular structure view was
3152 opened will be the one used to colour structure data. If alignments involving
3153 sequences associated with structure data shown in a Jmol have multiple views, Jalview gives you full control
3154 over which alignment, or alignment view, is used to colour the structure
3155 display. Sequence-structure colouring associations are
3156 changed {\sl via} the {\sl View $\Rightarrow$ Colour by ..} menu, which lists all
3157 views associated with data shown in the embedded Jmol view. A tick is shown beside
3158 views currently used as colouring source, and moving the
3159 mouse over each view will bring it to the front of the alignment display,
3160 allowing you to browse available colour sources prior to selecting one. If the
3161 {\sl Select many views} option is selected, then multiple views can be selected as sources for colouring the
3162 structure data. {\sl Invert selection} and {\sl Select all views} options are also provided to quickly change between multi-view selections.
3163
3164 Note that the {\sl Select many views} option is useful if you have different
3165 views that colour different areas or domains of the alignment. This option is
3166 further explored in Section \ref{complexstructurecolours}.
3167
3168 \begin{figure}[htbp]
3169 \begin{center}
3170 \includegraphics[width=5.5in]{images/mviewstructurecol.pdf}
3171 \caption{{\bf Choosing a different view for colouring a structure display}
3172 Browsing the {\sl View $\Rightarrow$ Colour by ..} menu provides full control
3173 of which alignment view is used to colour structures when the {\sl Colours
3174 $\Rightarrow$ By Sequence} option is selected.}
3175 \label{mviewstructurecol}
3176 \end{center}
3177 \end{figure}
3178
3179 \subsubsection{Colouring Complexes}
3180 \label{complexstructurecolours}
3181 The ability to control which multiple alignment view is used to colour
3182 structural data is essential when working with data relating to
3183 multidomain biomolecules and complexes. 
3184
3185 In these situations, each chain identified in the structure may have a different
3186 evolutionary history, and a complete picture of functional variation can
3187 only be gained by integrating data from different alignments on the same
3188 structure view. An example of this is shown in Figure
3189 \ref{mviewalcomplex}, based on data from Song et. al.\footnote{Structure of
3190 DNMT1-DNA Complex Reveals a Role for Autoinhibition in Maintenance DNA Methylation. Jikui Song, Olga Rechkoblit, Timothy H. Bestor, and Dinshaw J. Patel.
3191 {\sl Science} 2011 {\bf 331} 1036-1040
3192 \href{http://www.sciencemag.org/content/331/6020/1036}{DOI:10.1126/science.1195380}}
3193
3194 \begin{figure}[htbp]
3195 \begin{center}
3196 \includegraphics[]{images/mchainstructureview.pdf}
3197 \caption{{\bf The biological assembly of Mouse DNA Methyltransferase-1 coloured
3198 by Pfam alignments for its major domains} Alignments for each domain within the
3199 Uniprot sequence DNMT1\_MOUSE have been used to visualise sequence conservation
3200 in each component of this protein-DNA complex. Instructions for recreating this figure are given in exercise \ref{dnmtcomplexex}. }
3201 \label{mviewalcomplex}
3202 \end{center}
3203 \end{figure}
3204
3205 \exercise{Colouring a Protein Complex to Explore Domain-Domain
3206 Interfaces}{\label{dnmtcomplexex}
3207
3208 \exstep{Download the PDB file at
3209 \textsf{\url{http://www.jalview.org/tutorial/DNMT1\_MOUSE.pdb}} to your desktop. 
3210
3211 This is the biological unit for PDB ID 3pt6, as identified by the PDBe's PISA
3212 server.}
3213
3214 \exstep{Launch the Jalview desktop and ensure you have at least 256MB of
3215 free memory available.
3216
3217 {\sl Use the following webstart link:
3218
3219 \href{http://www.jalview.org/services/launchApp?jvm-max-heap=1G}{http://www.jalview.org/services/launchApp?jvm-max-heap=1G}.}
3220
3221 {\sl Alternatively in the Development section of the Jalview web site
3222 (\href{http://www.jalview.org/development/development-builds}{http://www.jalview.org/development/development-builds})
3223 in the ``latest official build'' row in the table, go to the
3224 ``Webstart'' column, click on ``G2''.}}
3225 \exstep{Retrieve the following {\bf full} PFAM alignments: PF02008, PF01426
3226 (make sure you select the {\sl PFAM {\bf (Full)}} source). These will each be retrieved into their own alignment window.} \exstep{Drag the URL or file of the structure you downloaded in
3227 step 1 onto one of the alignments to associate it with the mouse sequence in
3228 that Pfam domain family.}
3229 \exstep{For every DNMT1\_MOUSE sequence in the alignment, use the sequence
3230 ID popup menu's {\sl Structure} submenu to view the DNMT1\_MOUSE structure for the associated mouse sequence. When given the option, {\bf view all of the structures in the same Jmol viewer}. Check the contents of the {\sl View $\Rightarrow$ Colour by ..} submenu to see what alignments can be used to
3231 colour the sequence.}
3232 \exstep{Repeat the previous two steps for each of
3233 the other alignments. In each case, when performing the `View DNMT1\_MOUSE.pdb'
3234 step, Jalview will ask if you wish to create a new Jmol view. You should
3235 respond `No', {\bf ensuring that each sequence fragment is associated with the same Jmol view}.}
3236 \exstep{Pick a different colourscheme for each alignment, and use the {\sl
3237 Colour by ..} submenu to ensure they are all used to colour the complex shown
3238 in the Jmol window.}
3239 \exstep{The final step needed to reproduce the shading in Figure
3240 \ref{mviewalcomplex} is to use the {\sl Colour $\Rightarrow$ By
3241 Annotation } option in each alignment window to shade the alignment by the
3242 {\bf Conservation} annotation row. This function was described in section
3243 \ref{colourbyannotation}. 
3244
3245 Ensure that you first disable the {\sl View $\Rightarrow$ Show Features} menu option, or you may not see any colour changes in the associated structure.
3246
3247 {\sl Note: Choose a different shading scheme for each
3248 alignment so that the regions of strong physicochemical conservation are highlighted. This
3249 kind of shading will reveal conserved regions of interaction between domains 
3250 in the structure.}}
3251 \exstep{Save your work as a Jalview project and verify that it can be opened again by starting another Jalview Desktop instance, and dragging the saved project into the desktop window.}
3252
3253 % {\sl Note: This exercise relies on new features introduced in Jalview 2.7. If
3254 % you notice any strange behaviour when trying out this exercise, it may be a
3255 % bug (see
3256 % \href{http://issues.jalview.org/browse/JAL-1008}{http://issues.jalview.org/browse/JAL-1008}
3257 % for one relating to highlighting of positions in the alignment window).}
3258 }
3259
3260 % TODO
3261 \chapter{Protein Prediction Analysis}
3262 \label{proteinprediction}
3263 \section{Protein Secondary Structure Prediction}
3264 \label{protsspredservices}
3265 Protein secondary structure prediction is performed using the
3266 Jpred\footnote{{\sl ``The Jpred 3 Secondary Structure Prediction Server''} Cole, C., Barber, J. D. and Barton, G. J. (2008) {\sl Nucleic Acids Research} {\bf 36}, (Web Server Issue) W197-W201
3267
3268 {\sl ``Jpred: A Consensus Secondary Structure Prediction Server''} Cuff, J. A.,
3269 Clamp, M. E., Siddiqui, A. S., Finlay, M. and Barton, G. J. (1998) {\sl
3270 Bioinformatics} {\bf 14}, 892-893} server at the University of
3271 Dundee\footnote{http://www.compbio.dundee.ac.uk/www-jpred/}. The behaviour of
3272 this calculation depends on the current selection:
3273 \begin{list}{$\circ$}{}
3274 \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.
3275 \begin{list}{-}{}
3276               \item If all rows are the same length (often due to the
3277               application of the {\sl Edit $\Rightarrow$ Pad Gaps} option), then
3278               a JPred prediction will be run for the first sequence in the
3279               alignment, using the current alignment as the profile to use for prediction.
3280               \item  Otherwise, just the first sequence will be submitted for a
3281               full JPred prediction.
3282 \end{list}
3283 \item If just one sequence (or a region in one sequence) has been selected, it
3284 will be submitted to the automatic JPred prediction server for homolog detection
3285 and prediction.
3286 \item If a set of sequences are selected, and they appear to be aligned using
3287 the same criteria as above, then the alignment will be used for a JPred
3288 prediction on the first sequence in the set (that is, the one that appears first in the alignment window).
3289 \end{list}
3290 Jpred is launched in the same way as the other web services. Select {\sl Web
3291 Services $\Rightarrow$ Secondary Structure Prediction $\Rightarrow$ JNet
3292 Secondary Structure Prediction}\footnote{JNet is the Neural Network based
3293 secondary structure prediction method that the JPred server uses.} from the
3294 alignment window menu (Figure \ref{jpred}).
3295 A status window opens to inform you of the progress of the job. Upon completion, a new alignment window opens and the Jpred
3296 predictions are included as annotations. Consult the Jpred documentation for
3297 information on interpreting these results.
3298
3299 \begin{figure}[htbp]
3300 \begin{center}
3301 \includegraphics[width=2.25in]{images/jpred1.pdf}
3302 \includegraphics[width=3in]{images/jpred2.pdf}
3303 \caption{{\bf Secondary Structure Prediction} Status (left) and results (right) windows for JNet predictions. }
3304 \label{jpred}
3305 \end{center}
3306 \end{figure}
3307
3308 \subsubsection{Hidden Columns and JNet Predictions}