HMMER User’s Guide
Biological sequence analysis using profile hidden Markov models
http://hmmer.wustl.edu/
Version 2.2; August 2001
Sean Eddy
Howard Hughes Medical Institute and Dept. of Genetics
Washington University School of Medicine
660 South Euclid Avenue, Box 8232
Saint Louis, Missouri 63110, USA
eddy@genetics.wustl.edu
With contributions by Ewan Birney (birney@sanger.ac.uk )
Copyright (C) 1992-2001, Washington University in St. Louis.
Permission is granted to make and distribute verbatim copies of this manual provided the copyright notice
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1
Contents
1 Tutorial 6
1.1 The programs in HMMER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2 Files used in the tutorial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3 Searching a sequence database with a single profile HMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
HMM construction with hmmbuild . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
HMM calibration with hmmcalibrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
Sequence database search with hmmsearch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Searching major databases like NR or SWISSPROT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Local alignment searches with hmmsearch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4 Searching a query sequence against a profile HMM database . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Creating your own profile HMM database . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Parsing the domain structure of a sequence with hmmpfam . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
Downloading the PFAM database . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5 Maintaining multiple alignments with hmmalign . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2 Introduction 16
2.1 Profile HMMs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2 Primary changes from HMMER 1.x . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3 Plan 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
The Plan 7 architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Local alignments in Plan 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
The Plan 7 null model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
Wing retraction in Plan 7 dynamic programming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.4 Sequence file formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.5 Command line options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.6 Environment variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.7 Other profile HMM implementations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3 Manual pages 24
3.1 HMMER - profile hidden Markov model software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Synopsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Sequence File Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Environment Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2 hmmalign - align sequences to an HMM profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Synopsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Expert Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.3 hmmbuild - build a profile HMM from an alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Synopsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Expert Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.4 hmmcalibrate - calibrate HMM search statistics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Synopsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Expert Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.5 hmmconvert - convert between profile HMM file formats . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Synopsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.6 hmmemit - generate sequences from a profile HMM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Synopsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Expert Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.7 hmmfetch - retrieve an HMM from an HMM database . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Synopsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.8 hmmindex - create a binary SSI index for an HMM database . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Synopsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.9 hmmpfam - search one or more sequences against an HMM database . . . . . . . . . . . . 38
Synopsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Expert Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.10 hmmsearch - search a sequence database with a profile HMM . . . . . . . . . . . . . . . 41
Synopsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Expert Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.11 afetch - retrieve an alignment from an alignment database . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Synopsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Expert Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.12 alistat - show statistics for a multiple alignment file . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Synopsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Expert Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.13 seqstat - show statistics and format for a sequence file . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Synopsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Expert Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.14 sfetch - get a sequence from a flatfile database. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Synopsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Expert Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.15 shuffle - randomize the sequences in a sequence file . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Synopsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Expert Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.16 sreformat - convert sequence file to different format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Synopsis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Expert Options . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4 File formats 55
4.1 HMMER save files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Header section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Main model section . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Renormalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Note to developers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.2 HMMER null model files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.3 HMMER prior files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.4 Sequence files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Supported file formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
FASTA unaligned sequence format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Stockholm, the recommended multiple sequence alignment format . . . . . . . . . . . . . . 64
Syntax of Stockholm markup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Semantics of Stockholm markup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Recognized #=GS annotations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Recognized #=GC annotations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
Recognized #=GR annotations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
SELEX alignment format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
An example SELEX file with annotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
4.5 Count vector files . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4
