JAL-2738 ensure variant feature is in forward sense
[jalview.git] / src / jalview / io / vcf / VCFLoader.java
index d70ffdf..3d269d8 100644 (file)
@@ -5,23 +5,116 @@ import htsjdk.variant.variantcontext.Allele;
 import htsjdk.variant.variantcontext.VariantContext;
 import htsjdk.variant.vcf.VCFHeader;
 import htsjdk.variant.vcf.VCFHeaderLine;
+import htsjdk.variant.vcf.VCFHeaderLineCount;
+import htsjdk.variant.vcf.VCFInfoHeaderLine;
 
+import jalview.analysis.AlignmentUtils;
+import jalview.analysis.Dna;
+import jalview.api.AlignViewControllerGuiI;
 import jalview.datamodel.AlignmentI;
-import jalview.datamodel.GeneLoci;
-import jalview.datamodel.Sequence;
+import jalview.datamodel.DBRefEntry;
+import jalview.datamodel.GeneLociI;
+import jalview.datamodel.Mapping;
 import jalview.datamodel.SequenceFeature;
 import jalview.datamodel.SequenceI;
+import jalview.ext.ensembl.EnsemblMap;
 import jalview.ext.htsjdk.VCFReader;
+import jalview.io.gff.Gff3Helper;
 import jalview.io.gff.SequenceOntologyI;
 import jalview.util.MapList;
+import jalview.util.MappingUtils;
+import jalview.util.MessageManager;
 
+import java.io.IOException;
+import java.util.ArrayList;
+import java.util.HashMap;
 import java.util.List;
 import java.util.Map;
 import java.util.Map.Entry;
 
+/**
+ * A class to read VCF data (using the htsjdk) and add variants as sequence
+ * features on dna and any related protein product sequences
+ * 
+ * @author gmcarstairs
+ */
 public class VCFLoader
 {
-  AlignmentI al;
+  /*
+   * keys to fields of VEP CSQ consequence data
+   * see https://www.ensembl.org/info/docs/tools/vep/vep_formats.html
+   */
+  private static final String ALLELE_KEY = "Allele";
+
+  private static final String ALLELE_NUM_KEY = "ALLELE_NUM"; // 0 (ref), 1...
+  private static final String FEATURE_KEY = "Feature"; // Ensembl stable id
+
+  /*
+   * what comes before column headings in CSQ Description field
+   */
+  private static final String FORMAT = "Format: ";
+
+  /*
+   * default VCF INFO key for VEP consequence data
+   * NB this can be overridden running VEP with --vcf_info_field
+   * - we don't handle this case (require CSQ identifier)
+   */
+  private static final String CSQ = "CSQ";
+
+  /*
+   * separator for fields in consequence data
+   */
+  private static final String PIPE = "|";
+
+  private static final String PIPE_REGEX = "\\" + PIPE;
+
+  /*
+   * key for Allele Frequency output by VEP
+   * see http://www.ensembl.org/info/docs/tools/vep/vep_formats.html
+   */
+  private static final String ALLELE_FREQUENCY_KEY = "AF";
+
+  /*
+   * delimiter that separates multiple consequence data blocks
+   */
+  private static final String COMMA = ",";
+
+  /*
+   * the feature group assigned to a VCF variant in Jalview
+   */
+  private static final String FEATURE_GROUP_VCF = "VCF";
+
+  /*
+   * internal delimiter used to build keys for assemblyMappings
+   * 
+   */
+  private static final String EXCL = "!";
+
+  /*
+   * the alignment we are associating VCF data with
+   */
+  private AlignmentI al;
+
+  /*
+   * mappings between VCF and sequence reference assembly regions, as 
+   * key = "species!chromosome!fromAssembly!toAssembly
+   * value = Map{fromRange, toRange}
+   */
+  private Map<String, Map<int[], int[]>> assemblyMappings;
+
+  /*
+   * holds details of the VCF header lines (metadata)
+   */
+  private VCFHeader header;
+
+  /*
+   * the position (0...) of field in each block of
+   * CSQ (consequence) data (if declared in the VCF INFO header for CSQ)
+   * see http://www.ensembl.org/info/docs/tools/vep/vep_formats.html
+   */
+  private int csqAlleleFieldIndex = -1;
+  private int csqAlleleNumberFieldIndex = -1;
+  private int csqFeatureFieldIndex = -1;
 
   /**
    * Constructor given an alignment context
@@ -31,6 +124,38 @@ public class VCFLoader
   public VCFLoader(AlignmentI alignment)
   {
     al = alignment;
+
+    // map of species!chromosome!fromAssembly!toAssembly to {fromRange, toRange}
+    assemblyMappings = new HashMap<String, Map<int[], int[]>>();
+  }
+
+  /**
+   * Starts a new thread to query and load VCF variant data on to the alignment
+   * <p>
+   * This method is not thread safe - concurrent threads should use separate
+   * instances of this class.
+   * 
+   * @param filePath
+   * @param gui
+   */
+  public void loadVCF(final String filePath,
+          final AlignViewControllerGuiI gui)
+  {
+    if (gui != null)
+    {
+      gui.setStatus(MessageManager.getString("label.searching_vcf"));
+    }
+
+    new Thread()
+    {
+
+      @Override
+      public void run()
+      {
+        VCFLoader.this.doLoad(filePath, gui);
+      }
+
+    }.start();
   }
 
   /**
@@ -38,18 +163,26 @@ public class VCFLoader
    * sequence's chromosomal coordinates
    * 
    * @param filePath
+   * @param gui
+   *          optional callback handler for messages
    */
-  public void loadVCF(String filePath)
+  protected void doLoad(String filePath, AlignViewControllerGuiI gui)
   {
     VCFReader reader = null;
-
     try
     {
+      // long start = System.currentTimeMillis();
       reader = new VCFReader(filePath);
 
-      VCFHeader header = reader.getFileHeader();
+      header = reader.getFileHeader();
       VCFHeaderLine ref = header
               .getOtherHeaderLine(VCFHeader.REFERENCE_KEY);
+
+      /*
+       * get offset of CSQ ALLELE_NUM and Feature if declared
+       */
+      locateCsqFields();
+
       // check if reference is wrt assembly19 (GRCh37)
       // todo may need to allow user to specify reference assembly?
       boolean isRefGrch37 = (ref != null && ref.getValue().contains(
@@ -58,59 +191,173 @@ public class VCFLoader
       int varCount = 0;
       int seqCount = 0;
 
+      /*
+       * query for VCF overlapping each sequence in turn
+       */
       for (SequenceI seq : al.getSequences())
       {
-        int added = loadVCF(seq, reader, isRefGrch37);
+        int added = loadSequenceVCF(seq, reader, isRefGrch37);
         if (added > 0)
         {
           seqCount++;
           varCount += added;
+          transferAddedFeatures(seq);
+        }
+      }
+      if (gui != null)
+      {
+        // long elapsed = System.currentTimeMillis() - start;
+        String msg = MessageManager.formatMessage("label.added_vcf",
+                varCount, seqCount);
+        gui.setStatus(msg);
+        if (gui.getFeatureSettingsUI() != null)
+        {
+          gui.getFeatureSettingsUI().discoverAllFeatureData();
         }
       }
-      System.out.println(String.format(
-"Added %d VCF variants to %d sequence(s)", varCount,
-              seqCount));
-
-      reader.close();
     } catch (Throwable e)
     {
       System.err.println("Error processing VCF: " + e.getMessage());
       e.printStackTrace();
+      if (gui != null)
+      {
+        gui.setStatus("Error occurred - see console for details");
+      }
+    } finally
+    {
+      if (reader != null)
+      {
+        try
+        {
+          reader.close();
+        } catch (IOException e)
+        {
+          // ignore
+        }
+      }
+    }
+  }
+
+  /**
+   * Records the position of selected fields defined in the CSQ INFO header (if
+   * there is one). CSQ fields are declared in the CSQ INFO Description e.g.
+   * <p>
+   * Description="Consequence ...from ... VEP. Format: Allele|Consequence|...
+   */
+  protected void locateCsqFields()
+  {
+    VCFInfoHeaderLine csqInfo = header.getInfoHeaderLine(CSQ);
+    if (csqInfo == null)
+    {
+      return;
+    }
+
+    String desc = csqInfo.getDescription();
+    int formatPos = desc.indexOf(FORMAT);
+    if (formatPos == -1)
+    {
+      System.err.println("Parse error, failed to find " + FORMAT
+              + " in " + desc);
+      return;
+    }
+    desc = desc.substring(formatPos + FORMAT.length());
+
+    if (desc != null)
+    {
+      String[] format = desc.split(PIPE_REGEX);
+      int index = 0;
+      for (String field : format)
+      {
+        if (ALLELE_NUM_KEY.equals(field))
+        {
+          csqAlleleNumberFieldIndex = index;
+        }
+        if (ALLELE_KEY.equals(field))
+        {
+          csqAlleleFieldIndex = index;
+        }
+        if (FEATURE_KEY.equals(field))
+        {
+          csqFeatureFieldIndex = index;
+        }
+        index++;
+      }
+    }
+  }
+
+  /**
+   * Transfers VCF features to sequences to which this sequence has a mapping.
+   * If the mapping is 1:3, computes peptide variants from nucleotide variants.
+   * 
+   * @param seq
+   */
+  protected void transferAddedFeatures(SequenceI seq)
+  {
+    DBRefEntry[] dbrefs = seq.getDBRefs();
+    if (dbrefs == null)
+    {
+      return;
+    }
+    for (DBRefEntry dbref : dbrefs)
+    {
+      Mapping mapping = dbref.getMap();
+      if (mapping == null || mapping.getTo() == null)
+      {
+        continue;
+      }
+
+      SequenceI mapTo = mapping.getTo();
+      MapList map = mapping.getMap();
+      if (map.getFromRatio() == 3)
+      {
+        /*
+         * dna-to-peptide product mapping
+         */
+        AlignmentUtils.computeProteinFeatures(seq, mapTo, map);
+      }
+      else
+      {
+        /*
+         * nucleotide-to-nucleotide mapping e.g. transcript to CDS
+         */
+        List<SequenceFeature> features = seq.getFeatures()
+                .getPositionalFeatures(SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT);
+        for (SequenceFeature sf : features)
+        {
+          if (FEATURE_GROUP_VCF.equals(sf.getFeatureGroup()))
+          {
+            transferFeature(sf, mapTo, map);
+          }
+        }
+      }
     }
   }
 
   /**
    * Tries to add overlapping variants read from a VCF file to the given
-   * sequence, and returns the number of overlapping variants found. Note that
-   * this requires the sequence to hold information as to its chromosomal
-   * positions and reference, in order to be able to map the VCF variants to the
-   * sequence.
+   * sequence, and returns the number of variant features added. Note that this
+   * requires the sequence to hold information as to its chromosomal positions
+   * and reference, in order to be able to map the VCF variants to the sequence.
    * 
    * @param seq
    * @param reader
    * @param isVcfRefGrch37
    * @return
    */
-  protected int loadVCF(SequenceI seq, VCFReader reader, boolean isVcfRefGrch37)
+  protected int loadSequenceVCF(SequenceI seq, VCFReader reader,
+          boolean isVcfRefGrch37)
   {
     int count = 0;
-    GeneLoci seqCoords = ((Sequence) seq).getGeneLoci();
+    GeneLociI seqCoords = seq.getGeneLoci();
     if (seqCoords == null)
     {
+      System.out.println(String.format(
+              "Can't query VCF for %s as chromosome coordinates not known",
+              seq.getName()));
       return 0;
     }
 
-    /*
-     * fudge - ensure chromosomal mapping from range is sequence start/end
-     * (in case end == 0 when the mapping is first created)
-     */
-    MapList mapping = seqCoords.getMapping();
-    if (mapping.getFromRanges().get(0)[1] == 0)
-    {
-      mapping.getFromRanges().get(0)[1] = seq.getEnd();
-    }
-
-    List<int[]> seqChromosomalContigs = mapping.getToRanges();
+    List<int[]> seqChromosomalContigs = seqCoords.getMap().getToRanges();
     for (int[] range : seqChromosomalContigs)
     {
       count += addVcfVariants(seq, reader, range, isVcfRefGrch37);
@@ -136,51 +383,71 @@ public class VCFLoader
   protected int addVcfVariants(SequenceI seq, VCFReader reader,
           int[] range, boolean isVcfRefGrch37)
   {
-    GeneLoci seqCoords = ((Sequence) seq).getGeneLoci();
+    GeneLociI seqCoords = seq.getGeneLoci();
+
+    String chromosome = seqCoords.getChromosomeId();
+    String seqRef = seqCoords.getAssemblyId();
+    String species = seqCoords.getSpeciesId();
 
-    String chromosome = seqCoords.getChromosome();
-    String seqRef = seqCoords.getReference();
-    String species = seqCoords.getSpecies();
-    
     /*
      * map chromosomal coordinates from GRCh38 (sequence) to
      * GRCh37 (VCF) if necessary
      */
+    // TODO generalise for other assemblies and species
     int offset = 0;
-    if ("GRCh38".equalsIgnoreCase(seqRef) && isVcfRefGrch37)
+    String fromRef = "GRCh38";
+    if (fromRef.equalsIgnoreCase(seqRef) && isVcfRefGrch37)
     {
-      int[] newRange = mapReferenceRange(range, chromosome, species,
-              "GRCh38",
-              "GRCh37");
+      String toRef = "GRCh37";
+      int[] newRange = mapReferenceRange(range, chromosome, "human",
+              fromRef, toRef);
+      if (newRange == null)
+      {
+        System.err.println(String.format(
+                "Failed to map %s:%s:%s:%d:%d to %s", species, chromosome,
+                fromRef, range[0], range[1], toRef));
+        return 0;
+      }
       offset = newRange[0] - range[0];
       range = newRange;
     }
 
+    boolean forwardStrand = range[0] <= range[1];
+
     /*
      * query the VCF for overlaps
+     * (convert a reverse strand range to forwards)
      */
     int count = 0;
-    MapList mapping = seqCoords.getMapping();
+    MapList mapping = seqCoords.getMap();
 
+    int fromLocus = Math.min(range[0], range[1]);
+    int toLocus = Math.max(range[0], range[1]);
     CloseableIterator<VariantContext> variants = reader.query(chromosome,
-            range[0], range[1]);
+            fromLocus, toLocus);
     while (variants.hasNext())
     {
       /*
        * get variant location in sequence chromosomal coordinates
        */
       VariantContext variant = variants.next();
-      count++;
+
       int start = variant.getStart() - offset;
       int end = variant.getEnd() - offset;
 
       /*
-       * get location in sequence coordinates
+       * convert chromosomal location to sequence coordinates
+       * - may be reverse strand (convert to forward for sequence feature)
+       * - null if a partially overlapping feature
        */
       int[] seqLocation = mapping.locateInFrom(start, end);
-      int featureStart = seqLocation[0];
-      int featureEnd = seqLocation[1];
-      addVariantFeatures(seq, variant, featureStart, featureEnd);
+      if (seqLocation != null)
+      {
+        int featureStart = Math.min(seqLocation[0], seqLocation[1]);
+        int featureEnd = Math.max(seqLocation[0], seqLocation[1]);
+        count += addAlleleFeatures(seq, variant, featureStart, featureEnd,
+                forwardStrand);
+      }
     }
 
     variants.close();
@@ -189,68 +456,520 @@ public class VCFLoader
   }
 
   /**
-   * Inspects the VCF variant record, and adds variant features to the sequence
+   * A convenience method to get the AF value for the given alternate allele
+   * index
+   * 
+   * @param variant
+   * @param alleleIndex
+   * @return
+   */
+  protected float getAlleleFrequency(VariantContext variant, int alleleIndex)
+  {
+    float score = 0f;
+    String attributeValue = getAttributeValue(variant,
+            ALLELE_FREQUENCY_KEY, alleleIndex);
+    if (attributeValue != null)
+    {
+      try
+      {
+        score = Float.parseFloat(attributeValue);
+      } catch (NumberFormatException e)
+      {
+        // leave as 0
+      }
+    }
+
+    return score;
+  }
+
+  /**
+   * A convenience method to get an attribute value for an alternate allele
+   * 
+   * @param variant
+   * @param attributeName
+   * @param alleleIndex
+   * @return
+   */
+  protected String getAttributeValue(VariantContext variant,
+          String attributeName, int alleleIndex)
+  {
+    Object att = variant.getAttribute(attributeName);
+
+    if (att instanceof String)
+    {
+      return (String) att;
+    }
+    else if (att instanceof ArrayList)
+    {
+      return ((List<String>) att).get(alleleIndex);
+    }
+
+    return null;
+  }
+
+  /**
+   * Adds one variant feature for each allele in the VCF variant record, and
+   * returns the number of features added.
+   * 
+   * @param seq
+   * @param variant
+   * @param featureStart
+   * @param featureEnd
+   * @param forwardStrand
+   * @return
+   */
+  protected int addAlleleFeatures(SequenceI seq, VariantContext variant,
+          int featureStart, int featureEnd, boolean forwardStrand)
+  {
+    int added = 0;
+
+    /*
+     * Javadoc says getAlternateAlleles() imposes no order on the list returned
+     * so we proceed defensively to get them in strict order
+     */
+    int altAlleleCount = variant.getAlternateAlleles().size();
+    for (int i = 0; i < altAlleleCount; i++)
+    {
+      added += addAlleleFeature(seq, variant, i, featureStart, featureEnd,
+              forwardStrand);
+    }
+    return added;
+  }
+
+  /**
+   * Inspects one allele and attempts to add a variant feature for it to the
+   * sequence. We extract as much as possible of the additional data associated
+   * with this allele to store in the feature's key-value map. Answers the
+   * number of features added (0 or 1).
    * 
    * @param seq
    * @param variant
+   * @param altAlleleIndex
+   *          (0, 1..)
    * @param featureStart
    * @param featureEnd
+   * @param forwardStrand
+   * @return
    */
-  protected void addVariantFeatures(SequenceI seq, VariantContext variant,
-          int featureStart, int featureEnd)
+  protected int addAlleleFeature(SequenceI seq, VariantContext variant,
+          int altAlleleIndex, int featureStart, int featureEnd,
+          boolean forwardStrand)
   {
+    String reference = variant.getReference().getBaseString();
+    Allele alt = variant.getAlternateAllele(altAlleleIndex);
+    String allele = alt.getBaseString();
+
+    /*
+     * build the ref,alt allele description e.g. "G,A", using the base
+     * complement if the sequence is on the reverse strand
+     */
+    // TODO check how structural variants are shown on reverse strand
     StringBuilder sb = new StringBuilder();
-    sb.append(variant.getReference().getBaseString());
+    sb.append(forwardStrand ? reference : Dna.reverseComplement(reference));
+    sb.append(COMMA);
+    sb.append(forwardStrand ? allele : Dna.reverseComplement(allele));
+    String alleles = sb.toString(); // e.g. G,A
+
+    String type = SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT;
+    float score = getAlleleFrequency(variant, altAlleleIndex);
+
+    SequenceFeature sf = new SequenceFeature(type, alleles, featureStart,
+            featureEnd, score, FEATURE_GROUP_VCF);
+
+    sf.setValue(Gff3Helper.ALLELES, alleles);
+
+    addAlleleProperties(variant, seq, sf, altAlleleIndex);
+
+    seq.addSequenceFeature(sf);
+
+    return 1;
+  }
+
+  /**
+   * Add any allele-specific VCF key-value data to the sequence feature
+   * 
+   * @param variant
+   * @param seq
+   * @param sf
+   * @param altAlelleIndex
+   *          (0, 1..)
+   */
+  protected void addAlleleProperties(VariantContext variant, SequenceI seq,
+          SequenceFeature sf, final int altAlelleIndex)
+  {
+    Map<String, Object> atts = variant.getAttributes();
 
-    for (Allele allele : variant.getAlleles())
+    for (Entry<String, Object> att : atts.entrySet())
     {
-      if (!allele.isReference())
+      String key = att.getKey();
+
+      /*
+       * extract Consequence data (if present) that we are able to
+       * associated with the allele for this variant feature
+       */
+      if (CSQ.equals(key))
+      {
+        addConsequences(variant, seq, sf, altAlelleIndex);
+        continue;
+      }
+
+      /*
+       * we extract values for other data which are allele-specific; 
+       * these may be per alternate allele (INFO[key].Number = 'A') 
+       * or per allele including reference (INFO[key].Number = 'R') 
+       */
+      VCFInfoHeaderLine infoHeader = header.getInfoHeaderLine(key);
+      if (infoHeader == null)
+      {
+        /*
+         * can't be sure what data belongs to this allele, so
+         * play safe and don't take any
+         */
+        continue;
+      }
+
+      VCFHeaderLineCount number = infoHeader.getCountType();
+      int index = altAlelleIndex;
+      if (number == VCFHeaderLineCount.R)
+      {
+        /*
+         * one value per allele including reference, so bump index
+         * e.g. the 3rd value is for the  2nd alternate allele
+         */
+        index++;
+      }
+      else if (number != VCFHeaderLineCount.A)
+      {
+        /*
+         * don't save other values as not allele-related
+         */
+        continue;
+      }
+
+      /*
+       * take the index'th value
+       */
+      String value = getAttributeValue(variant, key, index);
+      if (value != null)
       {
-        sb.append(",").append(allele.getBaseString());
+        sf.setValue(key, value);
       }
     }
-    String alleles = sb.toString(); // e.g. G,A,C
+  }
 
-    String type = SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT;
-    SequenceFeature sf = new SequenceFeature(type, alleles, featureStart,
-            featureEnd, "VCF");
+  /**
+   * Inspects CSQ data blocks (consequences) and adds attributes on the sequence
+   * feature for the current allele (and transcript if applicable)
+   * <p>
+   * Allele matching: if field ALLELE_NUM is present, it must match
+   * altAlleleIndex. If not present, then field Allele value must match the VCF
+   * Allele.
+   * <p>
+   * Transcript matching: if sequence name can be identified to at least one of
+   * the consequences' Feature values, then select only consequences that match
+   * the value (i.e. consequences for the current transcript sequence). If not,
+   * take all consequences (this is the case when adding features to the gene
+   * sequence).
+   * 
+   * @param variant
+   * @param seq
+   * @param sf
+   * @param altAlelleIndex
+   *          (0, 1..)
+   */
+  protected void addConsequences(VariantContext variant, SequenceI seq,
+          SequenceFeature sf, int altAlelleIndex)
+  {
+    Object value = variant.getAttribute(CSQ);
+
+    if (value == null || !(value instanceof ArrayList<?>))
+    {
+      return;
+    }
+
+    List<String> consequences = (List<String>) value;
 
     /*
-     * only add 'alleles' property if a SNP, as we can
-     * only handle SNPs when computing peptide variants
+     * if CSQ data includes 'Feature', and any value matches the sequence name,
+     * then restrict consequence data to only the matching value (transcript)
+     * i.e. just pick out consequences for the transcript the variant feature is on
      */
-    if (variant.isSNP())
+    String seqName = seq.getName()== null ? "" : seq.getName().toLowerCase();
+    String matchFeature = null;
+    if (csqFeatureFieldIndex > -1)
     {
-      sf.setValue("alleles", alleles);
+      for (String consequence : consequences)
+      {
+        String[] csqFields = consequence.split(PIPE_REGEX);
+        if (csqFields.length > csqFeatureFieldIndex)
+        {
+          String featureIdentifier = csqFields[csqFeatureFieldIndex];
+          if (featureIdentifier.length() > 4
+                  && seqName.indexOf(featureIdentifier.toLowerCase()) > -1)
+          {
+            matchFeature = featureIdentifier;
+          }
+        }
+      }
     }
 
-    Map<String, Object> atts = variant.getAttributes();
-    for (Entry<String, Object> att : atts.entrySet())
+    StringBuilder sb = new StringBuilder(128);
+    boolean found = false;
+
+    for (String consequence : consequences)
     {
-      sf.setValue(att.getKey(), att.getValue());
+      String[] csqFields = consequence.split(PIPE_REGEX);
+
+      if (includeConsequence(csqFields, matchFeature, variant,
+              altAlelleIndex))
+      {
+        if (found)
+        {
+          sb.append(COMMA);
+        }
+        found = true;
+        sb.append(consequence);
+      }
+    }
+
+    if (found)
+    {
+      sf.setValue(CSQ, sb.toString());
     }
-    seq.addSequenceFeature(sf);
   }
 
   /**
-   * Call the Ensembl REST service that maps from one assembly reference's
-   * coordinates to another's
+   * Answers true if we want to associate this block of consequence data with
+   * the specified alternate allele of the VCF variant.
+   * <p>
+   * If consequence data includes the ALLELE_NUM field, then this has to match
+   * altAlleleIndex. Otherwise the Allele field of the consequence data has to
+   * match the allele value.
+   * <p>
+   * Optionally (if matchFeature is not null), restrict to only include
+   * consequences whose Feature value matches. This allows us to attach
+   * consequences to their respective transcripts.
    * 
-   * @param range
+   * @param csqFields
+   * @param matchFeature
+   * @param variant
+   * @param altAlelleIndex
+   *          (0, 1..)
+   * @return
+   */
+  protected boolean includeConsequence(String[] csqFields,
+          String matchFeature, VariantContext variant, int altAlelleIndex)
+  {
+    /*
+     * check consequence is for the current transcript
+     */
+    if (matchFeature != null)
+    {
+      if (csqFields.length <= csqFeatureFieldIndex)
+      {
+        return false;
+      }
+      String featureIdentifier = csqFields[csqFeatureFieldIndex];
+      if (!featureIdentifier.equals(matchFeature))
+      {
+        return false; // consequence is for a different transcript
+      }
+    }
+
+    /*
+     * if ALLELE_NUM is present, it must match altAlleleIndex
+     * NB first alternate allele is 1 for ALLELE_NUM, 0 for altAlleleIndex
+     */
+    if (csqAlleleNumberFieldIndex > -1)
+    {
+      if (csqFields.length <= csqAlleleNumberFieldIndex)
+      {
+        return false;
+      }
+      String alleleNum = csqFields[csqAlleleNumberFieldIndex];
+      return String.valueOf(altAlelleIndex + 1).equals(alleleNum);
+    }
+
+    /*
+     * else consequence allele must match variant allele
+     */
+    if (csqAlleleFieldIndex > -1 && csqFields.length > csqAlleleFieldIndex)
+    {
+      String csqAllele = csqFields[csqAlleleFieldIndex];
+      String vcfAllele = variant.getAlternateAllele(altAlelleIndex)
+              .getBaseString();
+      return csqAllele.equals(vcfAllele);
+    }
+
+    return false;
+  }
+
+  /**
+   * A convenience method to complement a dna base and return the string value
+   * of its complement
+   * 
+   * @param reference
+   * @return
+   */
+  protected String complement(byte[] reference)
+  {
+    return String.valueOf(Dna.getComplement((char) reference[0]));
+  }
+
+  /**
+   * Determines the location of the query range (chromosome positions) in a
+   * different reference assembly.
+   * <p>
+   * If the range is just a subregion of one for which we already have a mapping
+   * (for example, an exon sub-region of a gene), then the mapping is just
+   * computed arithmetically.
+   * <p>
+   * Otherwise, calls the Ensembl REST service that maps from one assembly
+   * reference's coordinates to another's
+   * 
+   * @param queryRange
+   *          start-end chromosomal range in 'fromRef' coordinates
+   * @param chromosome
+   * @param species
+   * @param fromRef
+   *          assembly reference for the query coordinates
+   * @param toRef
+   *          assembly reference we wish to translate to
+   * @return the start-end range in 'toRef' coordinates
+   */
+  protected int[] mapReferenceRange(int[] queryRange, String chromosome,
+          String species, String fromRef, String toRef)
+  {
+    /*
+     * first try shorcut of computing the mapping as a subregion of one
+     * we already have (e.g. for an exon, if we have the gene mapping)
+     */
+    int[] mappedRange = findSubsumedRangeMapping(queryRange, chromosome,
+            species, fromRef, toRef);
+    if (mappedRange != null)
+    {
+      return mappedRange;
+    }
+
+    /*
+     * call (e.g.) http://rest.ensembl.org/map/human/GRCh38/17:45051610..45109016:1/GRCh37
+     */
+    EnsemblMap mapper = new EnsemblMap();
+    int[] mapping = mapper.getMapping(species, chromosome, fromRef, toRef,
+            queryRange);
+
+    if (mapping == null)
+    {
+      // mapping service failure
+      return null;
+    }
+
+    /*
+     * save mapping for possible future re-use
+     */
+    String key = makeRangesKey(chromosome, species, fromRef, toRef);
+    if (!assemblyMappings.containsKey(key))
+    {
+      assemblyMappings.put(key, new HashMap<int[], int[]>());
+    }
+
+    assemblyMappings.get(key).put(queryRange, mapping);
+
+    return mapping;
+  }
+
+  /**
+   * If we already have a 1:1 contiguous mapping which subsumes the given query
+   * range, this method just calculates and returns the subset of that mapping,
+   * else it returns null. In practical terms, if a gene has a contiguous
+   * mapping between (for example) GRCh37 and GRCh38, then we assume that its
+   * subsidiary exons occupy unchanged relative positions, and just compute
+   * these as offsets, rather than do another lookup of the mapping.
+   * <p>
+   * If in future these assumptions prove invalid (e.g. for bacterial dna?!),
+   * simply remove this method or let it always return null.
+   * <p>
+   * Warning: many rapid calls to the /map service map result in a 429 overload
+   * error response
+   * 
+   * @param queryRange
    * @param chromosome
    * @param species
    * @param fromRef
    * @param toRef
    * @return
    */
-  protected int[] mapReferenceRange(int[] range, String chromosome,
+  protected int[] findSubsumedRangeMapping(int[] queryRange, String chromosome,
           String species, String fromRef, String toRef)
   {
-    // TODO call
-    // http://rest.ensembl.org/map/species/fromRef/chromosome:range[0]..range[1]:1/toRef?content-type=application/json
-    // and parse the JSON response
+    String key = makeRangesKey(chromosome, species, fromRef, toRef);
+    if (assemblyMappings.containsKey(key))
+    {
+      Map<int[], int[]> mappedRanges = assemblyMappings.get(key);
+      for (Entry<int[], int[]> mappedRange : mappedRanges.entrySet())
+      {
+        int[] fromRange = mappedRange.getKey();
+        int[] toRange = mappedRange.getValue();
+        if (fromRange[1] - fromRange[0] == toRange[1] - toRange[0])
+        {
+          /*
+           * mapping is 1:1 in length, so we trust it to have no discontinuities
+           */
+          if (MappingUtils.rangeContains(fromRange, queryRange))
+          {
+            /*
+             * fromRange subsumes our query range
+             */
+            int offset = queryRange[0] - fromRange[0];
+            int mappedRangeFrom = toRange[0] + offset;
+            int mappedRangeTo = mappedRangeFrom + (queryRange[1] - queryRange[0]);
+            return new int[] { mappedRangeFrom, mappedRangeTo };
+          }
+        }
+      }
+    }
+    return null;
+  }
+
+  /**
+   * Transfers the sequence feature to the target sequence, locating its start
+   * and end range based on the mapping. Features which do not overlap the
+   * target sequence are ignored.
+   * 
+   * @param sf
+   * @param targetSequence
+   * @param mapping
+   *          mapping from the feature's coordinates to the target sequence
+   */
+  protected void transferFeature(SequenceFeature sf,
+          SequenceI targetSequence, MapList mapping)
+  {
+    int[] mappedRange = mapping.locateInTo(sf.getBegin(), sf.getEnd());
+  
+    if (mappedRange != null)
+    {
+      String group = sf.getFeatureGroup();
+      int newBegin = Math.min(mappedRange[0], mappedRange[1]);
+      int newEnd = Math.max(mappedRange[0], mappedRange[1]);
+      SequenceFeature copy = new SequenceFeature(sf, newBegin, newEnd,
+              group, sf.getScore());
+      targetSequence.addSequenceFeature(copy);
+    }
+  }
 
-    // 1922632 is the difference between 37 and 38 for chromosome 17
-    return new int[] { range[0] - 1922632, range[1] - 1922632 };
+  /**
+   * Formats a ranges map lookup key
+   * 
+   * @param chromosome
+   * @param species
+   * @param fromRef
+   * @param toRef
+   * @return
+   */
+  protected static String makeRangesKey(String chromosome, String species,
+          String fromRef, String toRef)
+  {
+    return species + EXCL + chromosome + EXCL + fromRef + EXCL
+            + toRef;
   }
 }