JAL-2738 use GeneLocus extends DBRefEntry to hold chromosomal mappings
[jalview.git] / src / jalview / analysis / AlignmentUtils.java
1 /*
2  * Jalview - A Sequence Alignment Editor and Viewer ($$Version-Rel$$)
3  * Copyright (C) $$Year-Rel$$ The Jalview Authors
4  * 
5  * This file is part of Jalview.
6  * 
7  * Jalview is free software: you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU General Public License 
9  * as published by the Free Software Foundation, either version 3
10  * of the License, or (at your option) any later version.
11  *  
12  * Jalview is distributed in the hope that it will be useful, but 
13  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty 
14  * of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR 
15  * PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
16  * 
17  * You should have received a copy of the GNU General Public License
18  * along with Jalview.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19  * The Jalview Authors are detailed in the 'AUTHORS' file.
20  */
21 package jalview.analysis;
22
23 import static jalview.io.gff.GffConstants.CLINICAL_SIGNIFICANCE;
24
25 import jalview.datamodel.AlignedCodon;
26 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame;
27 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame.SequenceToSequenceMapping;
28 import jalview.datamodel.Alignment;
29 import jalview.datamodel.AlignmentAnnotation;
30 import jalview.datamodel.AlignmentI;
31 import jalview.datamodel.DBRefEntry;
32 import jalview.datamodel.GeneLociI;
33 import jalview.datamodel.IncompleteCodonException;
34 import jalview.datamodel.Mapping;
35 import jalview.datamodel.Sequence;
36 import jalview.datamodel.SequenceFeature;
37 import jalview.datamodel.SequenceGroup;
38 import jalview.datamodel.SequenceI;
39 import jalview.datamodel.features.SequenceFeatures;
40 import jalview.io.gff.Gff3Helper;
41 import jalview.io.gff.SequenceOntologyI;
42 import jalview.schemes.ResidueProperties;
43 import jalview.util.Comparison;
44 import jalview.util.DBRefUtils;
45 import jalview.util.IntRangeComparator;
46 import jalview.util.MapList;
47 import jalview.util.MappingUtils;
48 import jalview.util.StringUtils;
49
50 import java.io.UnsupportedEncodingException;
51 import java.net.URLEncoder;
52 import java.util.ArrayList;
53 import java.util.Arrays;
54 import java.util.Collection;
55 import java.util.Collections;
56 import java.util.HashMap;
57 import java.util.HashSet;
58 import java.util.Iterator;
59 import java.util.LinkedHashMap;
60 import java.util.List;
61 import java.util.Map;
62 import java.util.Map.Entry;
63 import java.util.NoSuchElementException;
64 import java.util.Set;
65 import java.util.SortedMap;
66 import java.util.TreeMap;
67
68 /**
69  * grab bag of useful alignment manipulation operations Expect these to be
70  * refactored elsewhere at some point.
71  * 
72  * @author jimp
73  * 
74  */
75 public class AlignmentUtils
76 {
77   private static final int CODON_LENGTH = 3;
78
79   private static final String SEQUENCE_VARIANT = "sequence_variant:";
80
81   /*
82    * the 'id' attribute is provided for variant features fetched from
83    * Ensembl using its REST service with JSON format 
84    */
85   public static final String VARIANT_ID = "id";
86
87   /**
88    * A data model to hold the 'normal' base value at a position, and an optional
89    * sequence variant feature
90    */
91   static final class DnaVariant
92   {
93     final String base;
94
95     SequenceFeature variant;
96
97     DnaVariant(String nuc)
98     {
99       base = nuc;
100       variant = null;
101     }
102
103     DnaVariant(String nuc, SequenceFeature var)
104     {
105       base = nuc;
106       variant = var;
107     }
108
109     public String getSource()
110     {
111       return variant == null ? null : variant.getFeatureGroup();
112     }
113
114     /**
115      * toString for aid in the debugger only
116      */
117     @Override
118     public String toString()
119     {
120       return base + ":" + (variant == null ? "" : variant.getDescription());
121     }
122   }
123
124   /**
125    * given an existing alignment, create a new alignment including all, or up to
126    * flankSize additional symbols from each sequence's dataset sequence
127    * 
128    * @param core
129    * @param flankSize
130    * @return AlignmentI
131    */
132   public static AlignmentI expandContext(AlignmentI core, int flankSize)
133   {
134     List<SequenceI> sq = new ArrayList<>();
135     int maxoffset = 0;
136     for (SequenceI s : core.getSequences())
137     {
138       SequenceI newSeq = s.deriveSequence();
139       final int newSeqStart = newSeq.getStart() - 1;
140       if (newSeqStart > maxoffset
141               && newSeq.getDatasetSequence().getStart() < s.getStart())
142       {
143         maxoffset = newSeqStart;
144       }
145       sq.add(newSeq);
146     }
147     if (flankSize > -1)
148     {
149       maxoffset = Math.min(maxoffset, flankSize);
150     }
151
152     /*
153      * now add offset left and right to create an expanded alignment
154      */
155     for (SequenceI s : sq)
156     {
157       SequenceI ds = s;
158       while (ds.getDatasetSequence() != null)
159       {
160         ds = ds.getDatasetSequence();
161       }
162       int s_end = s.findPosition(s.getStart() + s.getLength());
163       // find available flanking residues for sequence
164       int ustream_ds = s.getStart() - ds.getStart();
165       int dstream_ds = ds.getEnd() - s_end;
166
167       // build new flanked sequence
168
169       // compute gap padding to start of flanking sequence
170       int offset = maxoffset - ustream_ds;
171
172       // padding is gapChar x ( maxoffset - min(ustream_ds, flank)
173       if (flankSize >= 0)
174       {
175         if (flankSize < ustream_ds)
176         {
177           // take up to flankSize residues
178           offset = maxoffset - flankSize;
179           ustream_ds = flankSize;
180         }
181         if (flankSize <= dstream_ds)
182         {
183           dstream_ds = flankSize - 1;
184         }
185       }
186       // TODO use Character.toLowerCase to avoid creating String objects?
187       char[] upstream = new String(ds
188               .getSequence(s.getStart() - 1 - ustream_ds, s.getStart() - 1))
189                       .toLowerCase().toCharArray();
190       char[] downstream = new String(
191               ds.getSequence(s_end - 1, s_end + dstream_ds)).toLowerCase()
192                       .toCharArray();
193       char[] coreseq = s.getSequence();
194       char[] nseq = new char[offset + upstream.length + downstream.length
195               + coreseq.length];
196       char c = core.getGapCharacter();
197
198       int p = 0;
199       for (; p < offset; p++)
200       {
201         nseq[p] = c;
202       }
203
204       System.arraycopy(upstream, 0, nseq, p, upstream.length);
205       System.arraycopy(coreseq, 0, nseq, p + upstream.length,
206               coreseq.length);
207       System.arraycopy(downstream, 0, nseq,
208               p + coreseq.length + upstream.length, downstream.length);
209       s.setSequence(new String(nseq));
210       s.setStart(s.getStart() - ustream_ds);
211       s.setEnd(s_end + downstream.length);
212     }
213     AlignmentI newAl = new jalview.datamodel.Alignment(
214             sq.toArray(new SequenceI[0]));
215     for (SequenceI s : sq)
216     {
217       if (s.getAnnotation() != null)
218       {
219         for (AlignmentAnnotation aa : s.getAnnotation())
220         {
221           aa.adjustForAlignment(); // JAL-1712 fix
222           newAl.addAnnotation(aa);
223         }
224       }
225     }
226     newAl.setDataset(core.getDataset());
227     return newAl;
228   }
229
230   /**
231    * Returns the index (zero-based position) of a sequence in an alignment, or
232    * -1 if not found.
233    * 
234    * @param al
235    * @param seq
236    * @return
237    */
238   public static int getSequenceIndex(AlignmentI al, SequenceI seq)
239   {
240     int result = -1;
241     int pos = 0;
242     for (SequenceI alSeq : al.getSequences())
243     {
244       if (alSeq == seq)
245       {
246         result = pos;
247         break;
248       }
249       pos++;
250     }
251     return result;
252   }
253
254   /**
255    * Returns a map of lists of sequences in the alignment, keyed by sequence
256    * name. For use in mapping between different alignment views of the same
257    * sequences.
258    * 
259    * @see jalview.datamodel.AlignmentI#getSequencesByName()
260    */
261   public static Map<String, List<SequenceI>> getSequencesByName(
262           AlignmentI al)
263   {
264     Map<String, List<SequenceI>> theMap = new LinkedHashMap<>();
265     for (SequenceI seq : al.getSequences())
266     {
267       String name = seq.getName();
268       if (name != null)
269       {
270         List<SequenceI> seqs = theMap.get(name);
271         if (seqs == null)
272         {
273           seqs = new ArrayList<>();
274           theMap.put(name, seqs);
275         }
276         seqs.add(seq);
277       }
278     }
279     return theMap;
280   }
281
282   /**
283    * Build mapping of protein to cDNA alignment. Mappings are made between
284    * sequences where the cDNA translates to the protein sequence. Any new
285    * mappings are added to the protein alignment. Returns true if any mappings
286    * either already exist or were added, else false.
287    * 
288    * @param proteinAlignment
289    * @param cdnaAlignment
290    * @return
291    */
292   public static boolean mapProteinAlignmentToCdna(
293           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment)
294   {
295     if (proteinAlignment == null || cdnaAlignment == null)
296     {
297       return false;
298     }
299
300     Set<SequenceI> mappedDna = new HashSet<>();
301     Set<SequenceI> mappedProtein = new HashSet<>();
302
303     /*
304      * First pass - map sequences where cross-references exist. This include
305      * 1-to-many mappings to support, for example, variant cDNA.
306      */
307     boolean mappingPerformed = mapProteinToCdna(proteinAlignment,
308             cdnaAlignment, mappedDna, mappedProtein, true);
309
310     /*
311      * Second pass - map sequences where no cross-references exist. This only
312      * does 1-to-1 mappings and assumes corresponding sequences are in the same
313      * order in the alignments.
314      */
315     mappingPerformed |= mapProteinToCdna(proteinAlignment, cdnaAlignment,
316             mappedDna, mappedProtein, false);
317     return mappingPerformed;
318   }
319
320   /**
321    * Make mappings between compatible sequences (where the cDNA translation
322    * matches the protein).
323    * 
324    * @param proteinAlignment
325    * @param cdnaAlignment
326    * @param mappedDna
327    *          a set of mapped DNA sequences (to add to)
328    * @param mappedProtein
329    *          a set of mapped Protein sequences (to add to)
330    * @param xrefsOnly
331    *          if true, only map sequences where xrefs exist
332    * @return
333    */
334   protected static boolean mapProteinToCdna(
335           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment,
336           Set<SequenceI> mappedDna, Set<SequenceI> mappedProtein,
337           boolean xrefsOnly)
338   {
339     boolean mappingExistsOrAdded = false;
340     List<SequenceI> thisSeqs = proteinAlignment.getSequences();
341     for (SequenceI aaSeq : thisSeqs)
342     {
343       boolean proteinMapped = false;
344       AlignedCodonFrame acf = new AlignedCodonFrame();
345
346       for (SequenceI cdnaSeq : cdnaAlignment.getSequences())
347       {
348         /*
349          * Always try to map if sequences have xref to each other; this supports
350          * variant cDNA or alternative splicing for a protein sequence.
351          * 
352          * If no xrefs, try to map progressively, assuming that alignments have
353          * mappable sequences in corresponding order. These are not
354          * many-to-many, as that would risk mixing species with similar cDNA
355          * sequences.
356          */
357         if (xrefsOnly && !AlignmentUtils.haveCrossRef(aaSeq, cdnaSeq))
358         {
359           continue;
360         }
361
362         /*
363          * Don't map non-xrefd sequences more than once each. This heuristic
364          * allows us to pair up similar sequences in ordered alignments.
365          */
366         if (!xrefsOnly && (mappedProtein.contains(aaSeq)
367                 || mappedDna.contains(cdnaSeq)))
368         {
369           continue;
370         }
371         if (mappingExists(proteinAlignment.getCodonFrames(),
372                 aaSeq.getDatasetSequence(), cdnaSeq.getDatasetSequence()))
373         {
374           mappingExistsOrAdded = true;
375         }
376         else
377         {
378           MapList map = mapCdnaToProtein(aaSeq, cdnaSeq);
379           if (map != null)
380           {
381             acf.addMap(cdnaSeq, aaSeq, map);
382             mappingExistsOrAdded = true;
383             proteinMapped = true;
384             mappedDna.add(cdnaSeq);
385             mappedProtein.add(aaSeq);
386           }
387         }
388       }
389       if (proteinMapped)
390       {
391         proteinAlignment.addCodonFrame(acf);
392       }
393     }
394     return mappingExistsOrAdded;
395   }
396
397   /**
398    * Answers true if the mappings include one between the given (dataset)
399    * sequences.
400    */
401   protected static boolean mappingExists(List<AlignedCodonFrame> mappings,
402           SequenceI aaSeq, SequenceI cdnaSeq)
403   {
404     if (mappings != null)
405     {
406       for (AlignedCodonFrame acf : mappings)
407       {
408         if (cdnaSeq == acf.getDnaForAaSeq(aaSeq))
409         {
410           return true;
411         }
412       }
413     }
414     return false;
415   }
416
417   /**
418    * Builds a mapping (if possible) of a cDNA to a protein sequence.
419    * <ul>
420    * <li>first checks if the cdna translates exactly to the protein
421    * sequence</li>
422    * <li>else checks for translation after removing a STOP codon</li>
423    * <li>else checks for translation after removing a START codon</li>
424    * <li>if that fails, inspect CDS features on the cDNA sequence</li>
425    * </ul>
426    * Returns null if no mapping is determined.
427    * 
428    * @param proteinSeq
429    *          the aligned protein sequence
430    * @param cdnaSeq
431    *          the aligned cdna sequence
432    * @return
433    */
434   public static MapList mapCdnaToProtein(SequenceI proteinSeq,
435           SequenceI cdnaSeq)
436   {
437     /*
438      * Here we handle either dataset sequence set (desktop) or absent (applet).
439      * Use only the char[] form of the sequence to avoid creating possibly large
440      * String objects.
441      */
442     final SequenceI proteinDataset = proteinSeq.getDatasetSequence();
443     char[] aaSeqChars = proteinDataset != null
444             ? proteinDataset.getSequence()
445             : proteinSeq.getSequence();
446     final SequenceI cdnaDataset = cdnaSeq.getDatasetSequence();
447     char[] cdnaSeqChars = cdnaDataset != null ? cdnaDataset.getSequence()
448             : cdnaSeq.getSequence();
449     if (aaSeqChars == null || cdnaSeqChars == null)
450     {
451       return null;
452     }
453
454     /*
455      * cdnaStart/End, proteinStartEnd are base 1 (for dataset sequence mapping)
456      */
457     final int mappedLength = CODON_LENGTH * aaSeqChars.length;
458     int cdnaLength = cdnaSeqChars.length;
459     int cdnaStart = cdnaSeq.getStart();
460     int cdnaEnd = cdnaSeq.getEnd();
461     final int proteinStart = proteinSeq.getStart();
462     final int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
463
464     /*
465      * If lengths don't match, try ignoring stop codon (if present)
466      */
467     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2)
468     {
469       String lastCodon = String.valueOf(cdnaSeqChars,
470               cdnaLength - CODON_LENGTH, CODON_LENGTH).toUpperCase();
471       for (String stop : ResidueProperties.STOP_CODONS)
472       {
473         if (lastCodon.equals(stop))
474         {
475           cdnaEnd -= CODON_LENGTH;
476           cdnaLength -= CODON_LENGTH;
477           break;
478         }
479       }
480     }
481
482     /*
483      * If lengths still don't match, try ignoring start codon.
484      */
485     int startOffset = 0;
486     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2
487             && String.valueOf(cdnaSeqChars, 0, CODON_LENGTH).toUpperCase()
488                     .equals(ResidueProperties.START))
489     {
490       startOffset += CODON_LENGTH;
491       cdnaStart += CODON_LENGTH;
492       cdnaLength -= CODON_LENGTH;
493     }
494
495     if (translatesAs(cdnaSeqChars, startOffset, aaSeqChars))
496     {
497       /*
498        * protein is translation of dna (+/- start/stop codons)
499        */
500       MapList map = new MapList(new int[] { cdnaStart, cdnaEnd },
501               new int[]
502               { proteinStart, proteinEnd }, CODON_LENGTH, 1);
503       return map;
504     }
505
506     /*
507      * translation failed - try mapping CDS annotated regions of dna
508      */
509     return mapCdsToProtein(cdnaSeq, proteinSeq);
510   }
511
512   /**
513    * Test whether the given cdna sequence, starting at the given offset,
514    * translates to the given amino acid sequence, using the standard translation
515    * table. Designed to fail fast i.e. as soon as a mismatch position is found.
516    * 
517    * @param cdnaSeqChars
518    * @param cdnaStart
519    * @param aaSeqChars
520    * @return
521    */
522   protected static boolean translatesAs(char[] cdnaSeqChars, int cdnaStart,
523           char[] aaSeqChars)
524   {
525     if (cdnaSeqChars == null || aaSeqChars == null)
526     {
527       return false;
528     }
529
530     int aaPos = 0;
531     int dnaPos = cdnaStart;
532     for (; dnaPos < cdnaSeqChars.length - 2
533             && aaPos < aaSeqChars.length; dnaPos += CODON_LENGTH, aaPos++)
534     {
535       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
536       final String translated = ResidueProperties.codonTranslate(codon);
537
538       /*
539        * allow * in protein to match untranslatable in dna
540        */
541       final char aaRes = aaSeqChars[aaPos];
542       if ((translated == null || ResidueProperties.STOP.equals(translated))
543               && aaRes == '*')
544       {
545         continue;
546       }
547       if (translated == null || !(aaRes == translated.charAt(0)))
548       {
549         // debug
550         // System.out.println(("Mismatch at " + i + "/" + aaResidue + ": "
551         // + codon + "(" + translated + ") != " + aaRes));
552         return false;
553       }
554     }
555
556     /*
557      * check we matched all of the protein sequence
558      */
559     if (aaPos != aaSeqChars.length)
560     {
561       return false;
562     }
563
564     /*
565      * check we matched all of the dna except
566      * for optional trailing STOP codon
567      */
568     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length)
569     {
570       return true;
571     }
572     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length - CODON_LENGTH)
573     {
574       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
575       if (ResidueProperties.STOP
576               .equals(ResidueProperties.codonTranslate(codon)))
577       {
578         return true;
579       }
580     }
581     return false;
582   }
583
584   /**
585    * Align sequence 'seq' to match the alignment of a mapped sequence. Note this
586    * currently assumes that we are aligning cDNA to match protein.
587    * 
588    * @param seq
589    *          the sequence to be realigned
590    * @param al
591    *          the alignment whose sequence alignment is to be 'copied'
592    * @param gap
593    *          character string represent a gap in the realigned sequence
594    * @param preserveUnmappedGaps
595    * @param preserveMappedGaps
596    * @return true if the sequence was realigned, false if it could not be
597    */
598   public static boolean alignSequenceAs(SequenceI seq, AlignmentI al,
599           String gap, boolean preserveMappedGaps,
600           boolean preserveUnmappedGaps)
601   {
602     /*
603      * Get any mappings from the source alignment to the target (dataset)
604      * sequence.
605      */
606     // TODO there may be one AlignedCodonFrame per dataset sequence, or one with
607     // all mappings. Would it help to constrain this?
608     List<AlignedCodonFrame> mappings = al.getCodonFrame(seq);
609     if (mappings == null || mappings.isEmpty())
610     {
611       return false;
612     }
613
614     /*
615      * Locate the aligned source sequence whose dataset sequence is mapped. We
616      * just take the first match here (as we can't align like more than one
617      * sequence).
618      */
619     SequenceI alignFrom = null;
620     AlignedCodonFrame mapping = null;
621     for (AlignedCodonFrame mp : mappings)
622     {
623       alignFrom = mp.findAlignedSequence(seq, al);
624       if (alignFrom != null)
625       {
626         mapping = mp;
627         break;
628       }
629     }
630
631     if (alignFrom == null)
632     {
633       return false;
634     }
635     alignSequenceAs(seq, alignFrom, mapping, gap, al.getGapCharacter(),
636             preserveMappedGaps, preserveUnmappedGaps);
637     return true;
638   }
639
640   /**
641    * Align sequence 'alignTo' the same way as 'alignFrom', using the mapping to
642    * match residues and codons. Flags control whether existing gaps in unmapped
643    * (intron) and mapped (exon) regions are preserved or not. Gaps between
644    * intron and exon are only retained if both flags are set.
645    * 
646    * @param alignTo
647    * @param alignFrom
648    * @param mapping
649    * @param myGap
650    * @param sourceGap
651    * @param preserveUnmappedGaps
652    * @param preserveMappedGaps
653    */
654   public static void alignSequenceAs(SequenceI alignTo, SequenceI alignFrom,
655           AlignedCodonFrame mapping, String myGap, char sourceGap,
656           boolean preserveMappedGaps, boolean preserveUnmappedGaps)
657   {
658     // TODO generalise to work for Protein-Protein, dna-dna, dna-protein
659
660     // aligned and dataset sequence positions, all base zero
661     int thisSeqPos = 0;
662     int sourceDsPos = 0;
663
664     int basesWritten = 0;
665     char myGapChar = myGap.charAt(0);
666     int ratio = myGap.length();
667
668     int fromOffset = alignFrom.getStart() - 1;
669     int toOffset = alignTo.getStart() - 1;
670     int sourceGapMappedLength = 0;
671     boolean inExon = false;
672     final int toLength = alignTo.getLength();
673     final int fromLength = alignFrom.getLength();
674     StringBuilder thisAligned = new StringBuilder(2 * toLength);
675
676     /*
677      * Traverse the 'model' aligned sequence
678      */
679     for (int i = 0; i < fromLength; i++)
680     {
681       char sourceChar = alignFrom.getCharAt(i);
682       if (sourceChar == sourceGap)
683       {
684         sourceGapMappedLength += ratio;
685         continue;
686       }
687
688       /*
689        * Found a non-gap character. Locate its mapped region if any.
690        */
691       sourceDsPos++;
692       // Note mapping positions are base 1, our sequence positions base 0
693       int[] mappedPos = mapping.getMappedRegion(alignTo, alignFrom,
694               sourceDsPos + fromOffset);
695       if (mappedPos == null)
696       {
697         /*
698          * unmapped position; treat like a gap
699          */
700         sourceGapMappedLength += ratio;
701         // System.err.println("Can't align: no codon mapping to residue "
702         // + sourceDsPos + "(" + sourceChar + ")");
703         // return;
704         continue;
705       }
706
707       int mappedCodonStart = mappedPos[0]; // position (1...) of codon start
708       int mappedCodonEnd = mappedPos[mappedPos.length - 1]; // codon end pos
709       StringBuilder trailingCopiedGap = new StringBuilder();
710
711       /*
712        * Copy dna sequence up to and including this codon. Optionally, include
713        * gaps before the codon starts (in introns) and/or after the codon starts
714        * (in exons).
715        * 
716        * Note this only works for 'linear' splicing, not reverse or interleaved.
717        * But then 'align dna as protein' doesn't make much sense otherwise.
718        */
719       int intronLength = 0;
720       while (basesWritten + toOffset < mappedCodonEnd
721               && thisSeqPos < toLength)
722       {
723         final char c = alignTo.getCharAt(thisSeqPos++);
724         if (c != myGapChar)
725         {
726           basesWritten++;
727           int sourcePosition = basesWritten + toOffset;
728           if (sourcePosition < mappedCodonStart)
729           {
730             /*
731              * Found an unmapped (intron) base. First add in any preceding gaps
732              * (if wanted).
733              */
734             if (preserveUnmappedGaps && trailingCopiedGap.length() > 0)
735             {
736               thisAligned.append(trailingCopiedGap.toString());
737               intronLength += trailingCopiedGap.length();
738               trailingCopiedGap = new StringBuilder();
739             }
740             intronLength++;
741             inExon = false;
742           }
743           else
744           {
745             final boolean startOfCodon = sourcePosition == mappedCodonStart;
746             int gapsToAdd = calculateGapsToInsert(preserveMappedGaps,
747                     preserveUnmappedGaps, sourceGapMappedLength, inExon,
748                     trailingCopiedGap.length(), intronLength, startOfCodon);
749             for (int k = 0; k < gapsToAdd; k++)
750             {
751               thisAligned.append(myGapChar);
752             }
753             sourceGapMappedLength = 0;
754             inExon = true;
755           }
756           thisAligned.append(c);
757           trailingCopiedGap = new StringBuilder();
758         }
759         else
760         {
761           if (inExon && preserveMappedGaps)
762           {
763             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
764           }
765           else if (!inExon && preserveUnmappedGaps)
766           {
767             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
768           }
769         }
770       }
771     }
772
773     /*
774      * At end of model aligned sequence. Copy any remaining target sequence, optionally
775      * including (intron) gaps.
776      */
777     while (thisSeqPos < toLength)
778     {
779       final char c = alignTo.getCharAt(thisSeqPos++);
780       if (c != myGapChar || preserveUnmappedGaps)
781       {
782         thisAligned.append(c);
783       }
784       sourceGapMappedLength--;
785     }
786
787     /*
788      * finally add gaps to pad for any trailing source gaps or
789      * unmapped characters
790      */
791     if (preserveUnmappedGaps)
792     {
793       while (sourceGapMappedLength > 0)
794       {
795         thisAligned.append(myGapChar);
796         sourceGapMappedLength--;
797       }
798     }
799
800     /*
801      * All done aligning, set the aligned sequence.
802      */
803     alignTo.setSequence(new String(thisAligned));
804   }
805
806   /**
807    * Helper method to work out how many gaps to insert when realigning.
808    * 
809    * @param preserveMappedGaps
810    * @param preserveUnmappedGaps
811    * @param sourceGapMappedLength
812    * @param inExon
813    * @param trailingCopiedGap
814    * @param intronLength
815    * @param startOfCodon
816    * @return
817    */
818   protected static int calculateGapsToInsert(boolean preserveMappedGaps,
819           boolean preserveUnmappedGaps, int sourceGapMappedLength,
820           boolean inExon, int trailingGapLength, int intronLength,
821           final boolean startOfCodon)
822   {
823     int gapsToAdd = 0;
824     if (startOfCodon)
825     {
826       /*
827        * Reached start of codon. Ignore trailing gaps in intron unless we are
828        * preserving gaps in both exon and intron. Ignore them anyway if the
829        * protein alignment introduces a gap at least as large as the intronic
830        * region.
831        */
832       if (inExon && !preserveMappedGaps)
833       {
834         trailingGapLength = 0;
835       }
836       if (!inExon && !(preserveMappedGaps && preserveUnmappedGaps))
837       {
838         trailingGapLength = 0;
839       }
840       if (inExon)
841       {
842         gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
843       }
844       else
845       {
846         if (intronLength + trailingGapLength <= sourceGapMappedLength)
847         {
848           gapsToAdd = sourceGapMappedLength - intronLength;
849         }
850         else
851         {
852           gapsToAdd = Math.min(
853                   intronLength + trailingGapLength - sourceGapMappedLength,
854                   trailingGapLength);
855         }
856       }
857     }
858     else
859     {
860       /*
861        * second or third base of codon; check for any gaps in dna
862        */
863       if (!preserveMappedGaps)
864       {
865         trailingGapLength = 0;
866       }
867       gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
868     }
869     return gapsToAdd;
870   }
871
872   /**
873    * Realigns the given protein to match the alignment of the dna, using codon
874    * mappings to translate aligned codon positions to protein residues.
875    * 
876    * @param protein
877    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
878    * @param dna
879    *          the dna alignment whose alignment we are 'copying'
880    * @return the number of sequences that were realigned
881    */
882   public static int alignProteinAsDna(AlignmentI protein, AlignmentI dna)
883   {
884     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
885     {
886       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
887       return 0;
888     }
889     List<SequenceI> unmappedProtein = new ArrayList<>();
890     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = buildCodonColumnsMap(
891             protein, dna, unmappedProtein);
892     return alignProteinAs(protein, alignedCodons, unmappedProtein);
893   }
894
895   /**
896    * Realigns the given dna to match the alignment of the protein, using codon
897    * mappings to translate aligned peptide positions to codons.
898    * 
899    * Always produces a padded CDS alignment.
900    * 
901    * @param dna
902    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
903    * @param protein
904    *          the protein alignment whose alignment we are 'copying'
905    * @return the number of sequences that were realigned
906    */
907   public static int alignCdsAsProtein(AlignmentI dna, AlignmentI protein)
908   {
909     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
910     {
911       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
912       return 0;
913     }
914     // todo: implement this
915     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
916     int alignedCount = 0;
917     int width = 0; // alignment width for padding CDS
918     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
919     {
920       if (alignCdsSequenceAsProtein(dnaSeq, protein, mappings,
921               dna.getGapCharacter()))
922       {
923         alignedCount++;
924       }
925       width = Math.max(dnaSeq.getLength(), width);
926     }
927     int oldwidth;
928     int diff;
929     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
930     {
931       oldwidth = dnaSeq.getLength();
932       diff = width - oldwidth;
933       if (diff > 0)
934       {
935         dnaSeq.insertCharAt(oldwidth, diff, dna.getGapCharacter());
936       }
937     }
938     return alignedCount;
939   }
940
941   /**
942    * Helper method to align (if possible) the dna sequence to match the
943    * alignment of a mapped protein sequence. This is currently limited to
944    * handling coding sequence only.
945    * 
946    * @param cdsSeq
947    * @param protein
948    * @param mappings
949    * @param gapChar
950    * @return
951    */
952   static boolean alignCdsSequenceAsProtein(SequenceI cdsSeq,
953           AlignmentI protein, List<AlignedCodonFrame> mappings,
954           char gapChar)
955   {
956     SequenceI cdsDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
957     if (cdsDss == null)
958     {
959       System.err
960               .println("alignCdsSequenceAsProtein needs aligned sequence!");
961       return false;
962     }
963
964     List<AlignedCodonFrame> dnaMappings = MappingUtils
965             .findMappingsForSequence(cdsSeq, mappings);
966     for (AlignedCodonFrame mapping : dnaMappings)
967     {
968       SequenceI peptide = mapping.findAlignedSequence(cdsSeq, protein);
969       if (peptide != null)
970       {
971         final int peptideLength = peptide.getLength();
972         Mapping map = mapping.getMappingBetween(cdsSeq, peptide);
973         if (map != null)
974         {
975           MapList mapList = map.getMap();
976           if (map.getTo() == peptide.getDatasetSequence())
977           {
978             mapList = mapList.getInverse();
979           }
980           final int cdsLength = cdsDss.getLength();
981           int mappedFromLength = MappingUtils.getLength(mapList
982                   .getFromRanges());
983           int mappedToLength = MappingUtils
984                   .getLength(mapList.getToRanges());
985           boolean addStopCodon = (cdsLength == mappedFromLength
986                   * CODON_LENGTH + CODON_LENGTH)
987                   || (peptide.getDatasetSequence()
988                           .getLength() == mappedFromLength - 1);
989           if (cdsLength != mappedToLength && !addStopCodon)
990           {
991             System.err.println(String.format(
992                     "Can't align cds as protein (length mismatch %d/%d): %s",
993                     cdsLength, mappedToLength, cdsSeq.getName()));
994           }
995
996           /*
997            * pre-fill the aligned cds sequence with gaps
998            */
999           char[] alignedCds = new char[peptideLength * CODON_LENGTH
1000                   + (addStopCodon ? CODON_LENGTH : 0)];
1001           Arrays.fill(alignedCds, gapChar);
1002
1003           /*
1004            * walk over the aligned peptide sequence and insert mapped 
1005            * codons for residues in the aligned cds sequence 
1006            */
1007           int copiedBases = 0;
1008           int cdsStart = cdsDss.getStart();
1009           int proteinPos = peptide.getStart() - 1;
1010           int cdsCol = 0;
1011
1012           for (int col = 0; col < peptideLength; col++)
1013           {
1014             char residue = peptide.getCharAt(col);
1015
1016             if (Comparison.isGap(residue))
1017             {
1018               cdsCol += CODON_LENGTH;
1019             }
1020             else
1021             {
1022               proteinPos++;
1023               int[] codon = mapList.locateInTo(proteinPos, proteinPos);
1024               if (codon == null)
1025               {
1026                 // e.g. incomplete start codon, X in peptide
1027                 cdsCol += CODON_LENGTH;
1028               }
1029               else
1030               {
1031                 for (int j = codon[0]; j <= codon[1]; j++)
1032                 {
1033                   char mappedBase = cdsDss.getCharAt(j - cdsStart);
1034                   alignedCds[cdsCol++] = mappedBase;
1035                   copiedBases++;
1036                 }
1037               }
1038             }
1039           }
1040
1041           /*
1042            * append stop codon if not mapped from protein,
1043            * closing it up to the end of the mapped sequence
1044            */
1045           if (copiedBases == cdsLength - CODON_LENGTH)
1046           {
1047             for (int i = alignedCds.length - 1; i >= 0; i--)
1048             {
1049               if (!Comparison.isGap(alignedCds[i]))
1050               {
1051                 cdsCol = i + 1; // gap just after end of sequence
1052                 break;
1053               }
1054             }
1055             for (int i = cdsLength - CODON_LENGTH; i < cdsLength; i++)
1056             {
1057               alignedCds[cdsCol++] = cdsDss.getCharAt(i);
1058             }
1059           }
1060           cdsSeq.setSequence(new String(alignedCds));
1061           return true;
1062         }
1063       }
1064     }
1065     return false;
1066   }
1067
1068   /**
1069    * Builds a map whose key is an aligned codon position (3 alignment column
1070    * numbers base 0), and whose value is a map from protein sequence to each
1071    * protein's peptide residue for that codon. The map generates an ordering of
1072    * the codons, and allows us to read off the peptides at each position in
1073    * order to assemble 'aligned' protein sequences.
1074    * 
1075    * @param protein
1076    *          the protein alignment
1077    * @param dna
1078    *          the coding dna alignment
1079    * @param unmappedProtein
1080    *          any unmapped proteins are added to this list
1081    * @return
1082    */
1083   protected static Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> buildCodonColumnsMap(
1084           AlignmentI protein, AlignmentI dna,
1085           List<SequenceI> unmappedProtein)
1086   {
1087     /*
1088      * maintain a list of any proteins with no mappings - these will be
1089      * rendered 'as is' in the protein alignment as we can't align them
1090      */
1091     unmappedProtein.addAll(protein.getSequences());
1092
1093     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1094
1095     /*
1096      * Map will hold, for each aligned codon position e.g. [3, 5, 6], a map of
1097      * {dnaSequence, {proteinSequence, codonProduct}} at that position. The
1098      * comparator keeps the codon positions ordered.
1099      */
1100     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = new TreeMap<>(
1101             new CodonComparator());
1102
1103     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1104     {
1105       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1106       {
1107         SequenceI prot = mapping.findAlignedSequence(dnaSeq, protein);
1108         if (prot != null)
1109         {
1110           Mapping seqMap = mapping.getMappingForSequence(dnaSeq);
1111           addCodonPositions(dnaSeq, prot, protein.getGapCharacter(), seqMap,
1112                   alignedCodons);
1113           unmappedProtein.remove(prot);
1114         }
1115       }
1116     }
1117
1118     /*
1119      * Finally add any unmapped peptide start residues (e.g. for incomplete
1120      * codons) as if at the codon position before the second residue
1121      */
1122     // TODO resolve JAL-2022 so this fudge can be removed
1123     int mappedSequenceCount = protein.getHeight() - unmappedProtein.size();
1124     addUnmappedPeptideStarts(alignedCodons, mappedSequenceCount);
1125
1126     return alignedCodons;
1127   }
1128
1129   /**
1130    * Scans for any protein mapped from position 2 (meaning unmapped start
1131    * position e.g. an incomplete codon), and synthesizes a 'codon' for it at the
1132    * preceding position in the alignment
1133    * 
1134    * @param alignedCodons
1135    *          the codon-to-peptide map
1136    * @param mappedSequenceCount
1137    *          the number of distinct sequences in the map
1138    */
1139   protected static void addUnmappedPeptideStarts(
1140           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1141           int mappedSequenceCount)
1142   {
1143     // TODO delete this ugly hack once JAL-2022 is resolved
1144     // i.e. we can model startPhase > 0 (incomplete start codon)
1145
1146     List<SequenceI> sequencesChecked = new ArrayList<>();
1147     AlignedCodon lastCodon = null;
1148     Map<SequenceI, AlignedCodon> toAdd = new HashMap<>();
1149
1150     for (Entry<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> entry : alignedCodons
1151             .entrySet())
1152     {
1153       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> sequenceCodon : entry.getValue()
1154               .entrySet())
1155       {
1156         SequenceI seq = sequenceCodon.getKey();
1157         if (sequencesChecked.contains(seq))
1158         {
1159           continue;
1160         }
1161         sequencesChecked.add(seq);
1162         AlignedCodon codon = sequenceCodon.getValue();
1163         if (codon.peptideCol > 1)
1164         {
1165           System.err.println(
1166                   "Problem mapping protein with >1 unmapped start positions: "
1167                           + seq.getName());
1168         }
1169         else if (codon.peptideCol == 1)
1170         {
1171           /*
1172            * first position (peptideCol == 0) was unmapped - add it
1173            */
1174           if (lastCodon != null)
1175           {
1176             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(lastCodon.pos1,
1177                     lastCodon.pos2, lastCodon.pos3,
1178                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1179             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1180           }
1181           else
1182           {
1183             /*
1184              * unmapped residue at start of alignment (no prior column) -
1185              * 'insert' at nominal codon [0, 0, 0]
1186              */
1187             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(0, 0, 0,
1188                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1189             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1190           }
1191         }
1192         if (sequencesChecked.size() == mappedSequenceCount)
1193         {
1194           // no need to check past first mapped position in all sequences
1195           break;
1196         }
1197       }
1198       lastCodon = entry.getKey();
1199     }
1200
1201     /*
1202      * add any new codons safely after iterating over the map
1203      */
1204     for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> startCodon : toAdd.entrySet())
1205     {
1206       addCodonToMap(alignedCodons, startCodon.getValue(),
1207               startCodon.getKey());
1208     }
1209   }
1210
1211   /**
1212    * Update the aligned protein sequences to match the codon alignments given in
1213    * the map.
1214    * 
1215    * @param protein
1216    * @param alignedCodons
1217    *          an ordered map of codon positions (columns), with sequence/peptide
1218    *          values present in each column
1219    * @param unmappedProtein
1220    * @return
1221    */
1222   protected static int alignProteinAs(AlignmentI protein,
1223           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1224           List<SequenceI> unmappedProtein)
1225   {
1226     /*
1227      * prefill peptide sequences with gaps 
1228      */
1229     int alignedWidth = alignedCodons.size();
1230     char[] gaps = new char[alignedWidth];
1231     Arrays.fill(gaps, protein.getGapCharacter());
1232     Map<SequenceI, char[]> peptides = new HashMap<>();
1233     for (SequenceI seq : protein.getSequences())
1234     {
1235       if (!unmappedProtein.contains(seq))
1236       {
1237         peptides.put(seq, Arrays.copyOf(gaps, gaps.length));
1238       }
1239     }
1240
1241     /*
1242      * Traverse the codons left to right (as defined by CodonComparator)
1243      * and insert peptides in each column where the sequence is mapped.
1244      * This gives a peptide 'alignment' where residues are aligned if their
1245      * corresponding codons occupy the same columns in the cdna alignment.
1246      */
1247     int column = 0;
1248     for (AlignedCodon codon : alignedCodons.keySet())
1249     {
1250       final Map<SequenceI, AlignedCodon> columnResidues = alignedCodons
1251               .get(codon);
1252       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> entry : columnResidues.entrySet())
1253       {
1254         char residue = entry.getValue().product.charAt(0);
1255         peptides.get(entry.getKey())[column] = residue;
1256       }
1257       column++;
1258     }
1259
1260     /*
1261      * and finally set the constructed sequences
1262      */
1263     for (Entry<SequenceI, char[]> entry : peptides.entrySet())
1264     {
1265       entry.getKey().setSequence(new String(entry.getValue()));
1266     }
1267
1268     return 0;
1269   }
1270
1271   /**
1272    * Populate the map of aligned codons by traversing the given sequence
1273    * mapping, locating the aligned positions of mapped codons, and adding those
1274    * positions and their translation products to the map.
1275    * 
1276    * @param dna
1277    *          the aligned sequence we are mapping from
1278    * @param protein
1279    *          the sequence to be aligned to the codons
1280    * @param gapChar
1281    *          the gap character in the dna sequence
1282    * @param seqMap
1283    *          a mapping to a sequence translation
1284    * @param alignedCodons
1285    *          the map we are building up
1286    */
1287   static void addCodonPositions(SequenceI dna, SequenceI protein,
1288           char gapChar, Mapping seqMap,
1289           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons)
1290   {
1291     Iterator<AlignedCodon> codons = seqMap.getCodonIterator(dna, gapChar);
1292
1293     /*
1294      * add codon positions, and their peptide translations, to the alignment
1295      * map, while remembering the first codon mapped
1296      */
1297     while (codons.hasNext())
1298     {
1299       try
1300       {
1301         AlignedCodon codon = codons.next();
1302         addCodonToMap(alignedCodons, codon, protein);
1303       } catch (IncompleteCodonException e)
1304       {
1305         // possible incomplete trailing codon - ignore
1306       } catch (NoSuchElementException e)
1307       {
1308         // possibly peptide lacking STOP
1309       }
1310     }
1311   }
1312
1313   /**
1314    * Helper method to add a codon-to-peptide entry to the aligned codons map
1315    * 
1316    * @param alignedCodons
1317    * @param codon
1318    * @param protein
1319    */
1320   protected static void addCodonToMap(
1321           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1322           AlignedCodon codon, SequenceI protein)
1323   {
1324     Map<SequenceI, AlignedCodon> seqProduct = alignedCodons.get(codon);
1325     if (seqProduct == null)
1326     {
1327       seqProduct = new HashMap<>();
1328       alignedCodons.put(codon, seqProduct);
1329     }
1330     seqProduct.put(protein, codon);
1331   }
1332
1333   /**
1334    * Returns true if a cDNA/Protein mapping either exists, or could be made,
1335    * between at least one pair of sequences in the two alignments. Currently,
1336    * the logic is:
1337    * <ul>
1338    * <li>One alignment must be nucleotide, and the other protein</li>
1339    * <li>At least one pair of sequences must be already mapped, or mappable</li>
1340    * <li>Mappable means the nucleotide translation matches the protein
1341    * sequence</li>
1342    * <li>The translation may ignore start and stop codons if present in the
1343    * nucleotide</li>
1344    * </ul>
1345    * 
1346    * @param al1
1347    * @param al2
1348    * @return
1349    */
1350   public static boolean isMappable(AlignmentI al1, AlignmentI al2)
1351   {
1352     if (al1 == null || al2 == null)
1353     {
1354       return false;
1355     }
1356
1357     /*
1358      * Require one nucleotide and one protein
1359      */
1360     if (al1.isNucleotide() == al2.isNucleotide())
1361     {
1362       return false;
1363     }
1364     AlignmentI dna = al1.isNucleotide() ? al1 : al2;
1365     AlignmentI protein = dna == al1 ? al2 : al1;
1366     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1367     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1368     {
1369       for (SequenceI proteinSeq : protein.getSequences())
1370       {
1371         if (isMappable(dnaSeq, proteinSeq, mappings))
1372         {
1373           return true;
1374         }
1375       }
1376     }
1377     return false;
1378   }
1379
1380   /**
1381    * Returns true if the dna sequence is mapped, or could be mapped, to the
1382    * protein sequence.
1383    * 
1384    * @param dnaSeq
1385    * @param proteinSeq
1386    * @param mappings
1387    * @return
1388    */
1389   protected static boolean isMappable(SequenceI dnaSeq,
1390           SequenceI proteinSeq, List<AlignedCodonFrame> mappings)
1391   {
1392     if (dnaSeq == null || proteinSeq == null)
1393     {
1394       return false;
1395     }
1396
1397     SequenceI dnaDs = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1398             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1399     SequenceI proteinDs = proteinSeq.getDatasetSequence() == null
1400             ? proteinSeq
1401             : proteinSeq.getDatasetSequence();
1402
1403     for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1404     {
1405       if (proteinDs == mapping.getAaForDnaSeq(dnaDs))
1406       {
1407         /*
1408          * already mapped
1409          */
1410         return true;
1411       }
1412     }
1413
1414     /*
1415      * Just try to make a mapping (it is not yet stored), test whether
1416      * successful.
1417      */
1418     return mapCdnaToProtein(proteinDs, dnaDs) != null;
1419   }
1420
1421   /**
1422    * Finds any reference annotations associated with the sequences in
1423    * sequenceScope, that are not already added to the alignment, and adds them
1424    * to the 'candidates' map. Also populates a lookup table of annotation
1425    * labels, keyed by calcId, for use in constructing tooltips or the like.
1426    * 
1427    * @param sequenceScope
1428    *          the sequences to scan for reference annotations
1429    * @param labelForCalcId
1430    *          (optional) map to populate with label for calcId
1431    * @param candidates
1432    *          map to populate with annotations for sequence
1433    * @param al
1434    *          the alignment to check for presence of annotations
1435    */
1436   public static void findAddableReferenceAnnotations(
1437           List<SequenceI> sequenceScope, Map<String, String> labelForCalcId,
1438           final Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> candidates,
1439           AlignmentI al)
1440   {
1441     if (sequenceScope == null)
1442     {
1443       return;
1444     }
1445
1446     /*
1447      * For each sequence in scope, make a list of any annotations on the
1448      * underlying dataset sequence which are not already on the alignment.
1449      * 
1450      * Add to a map of { alignmentSequence, <List of annotations to add> }
1451      */
1452     for (SequenceI seq : sequenceScope)
1453     {
1454       SequenceI dataset = seq.getDatasetSequence();
1455       if (dataset == null)
1456       {
1457         continue;
1458       }
1459       AlignmentAnnotation[] datasetAnnotations = dataset.getAnnotation();
1460       if (datasetAnnotations == null)
1461       {
1462         continue;
1463       }
1464       final List<AlignmentAnnotation> result = new ArrayList<>();
1465       for (AlignmentAnnotation dsann : datasetAnnotations)
1466       {
1467         /*
1468          * Find matching annotations on the alignment. If none is found, then
1469          * add this annotation to the list of 'addable' annotations for this
1470          * sequence.
1471          */
1472         final Iterable<AlignmentAnnotation> matchedAlignmentAnnotations = al
1473                 .findAnnotations(seq, dsann.getCalcId(), dsann.label);
1474         if (!matchedAlignmentAnnotations.iterator().hasNext())
1475         {
1476           result.add(dsann);
1477           if (labelForCalcId != null)
1478           {
1479             labelForCalcId.put(dsann.getCalcId(), dsann.label);
1480           }
1481         }
1482       }
1483       /*
1484        * Save any addable annotations for this sequence
1485        */
1486       if (!result.isEmpty())
1487       {
1488         candidates.put(seq, result);
1489       }
1490     }
1491   }
1492
1493   /**
1494    * Adds annotations to the top of the alignment annotations, in the same order
1495    * as their related sequences.
1496    * 
1497    * @param annotations
1498    *          the annotations to add
1499    * @param alignment
1500    *          the alignment to add them to
1501    * @param selectionGroup
1502    *          current selection group (or null if none)
1503    */
1504   public static void addReferenceAnnotations(
1505           Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> annotations,
1506           final AlignmentI alignment, final SequenceGroup selectionGroup)
1507   {
1508     for (SequenceI seq : annotations.keySet())
1509     {
1510       for (AlignmentAnnotation ann : annotations.get(seq))
1511       {
1512         AlignmentAnnotation copyAnn = new AlignmentAnnotation(ann);
1513         int startRes = 0;
1514         int endRes = ann.annotations.length;
1515         if (selectionGroup != null)
1516         {
1517           startRes = selectionGroup.getStartRes();
1518           endRes = selectionGroup.getEndRes();
1519         }
1520         copyAnn.restrict(startRes, endRes);
1521
1522         /*
1523          * Add to the sequence (sets copyAnn.datasetSequence), unless the
1524          * original annotation is already on the sequence.
1525          */
1526         if (!seq.hasAnnotation(ann))
1527         {
1528           seq.addAlignmentAnnotation(copyAnn);
1529         }
1530         // adjust for gaps
1531         copyAnn.adjustForAlignment();
1532         // add to the alignment and set visible
1533         alignment.addAnnotation(copyAnn);
1534         copyAnn.visible = true;
1535       }
1536     }
1537   }
1538
1539   /**
1540    * Set visibility of alignment annotations of specified types (labels), for
1541    * specified sequences. This supports controls like "Show all secondary
1542    * structure", "Hide all Temp factor", etc.
1543    * 
1544    * @al the alignment to scan for annotations
1545    * @param types
1546    *          the types (labels) of annotations to be updated
1547    * @param forSequences
1548    *          if not null, only annotations linked to one of these sequences are
1549    *          in scope for update; if null, acts on all sequence annotations
1550    * @param anyType
1551    *          if this flag is true, 'types' is ignored (label not checked)
1552    * @param doShow
1553    *          if true, set visibility on, else set off
1554    */
1555   public static void showOrHideSequenceAnnotations(AlignmentI al,
1556           Collection<String> types, List<SequenceI> forSequences,
1557           boolean anyType, boolean doShow)
1558   {
1559     AlignmentAnnotation[] anns = al.getAlignmentAnnotation();
1560     if (anns != null)
1561     {
1562       for (AlignmentAnnotation aa : anns)
1563       {
1564         if (anyType || types.contains(aa.label))
1565         {
1566           if ((aa.sequenceRef != null) && (forSequences == null
1567                   || forSequences.contains(aa.sequenceRef)))
1568           {
1569             aa.visible = doShow;
1570           }
1571         }
1572       }
1573     }
1574   }
1575
1576   /**
1577    * Returns true if either sequence has a cross-reference to the other
1578    * 
1579    * @param seq1
1580    * @param seq2
1581    * @return
1582    */
1583   public static boolean haveCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1584   {
1585     // Note: moved here from class CrossRef as the latter class has dependencies
1586     // not availability to the applet's classpath
1587     return hasCrossRef(seq1, seq2) || hasCrossRef(seq2, seq1);
1588   }
1589
1590   /**
1591    * Returns true if seq1 has a cross-reference to seq2. Currently this assumes
1592    * that sequence name is structured as Source|AccessionId.
1593    * 
1594    * @param seq1
1595    * @param seq2
1596    * @return
1597    */
1598   public static boolean hasCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1599   {
1600     if (seq1 == null || seq2 == null)
1601     {
1602       return false;
1603     }
1604     String name = seq2.getName();
1605     final DBRefEntry[] xrefs = seq1.getDBRefs();
1606     if (xrefs != null)
1607     {
1608       for (DBRefEntry xref : xrefs)
1609       {
1610         String xrefName = xref.getSource() + "|" + xref.getAccessionId();
1611         // case-insensitive test, consistent with DBRefEntry.equalRef()
1612         if (xrefName.equalsIgnoreCase(name))
1613         {
1614           return true;
1615         }
1616       }
1617     }
1618     return false;
1619   }
1620
1621   /**
1622    * Constructs an alignment consisting of the mapped (CDS) regions in the given
1623    * nucleotide sequences, and updates mappings to match. The CDS sequences are
1624    * added to the original alignment's dataset, which is shared by the new
1625    * alignment. Mappings from nucleotide to CDS, and from CDS to protein, are
1626    * added to the alignment dataset.
1627    * 
1628    * @param dna
1629    *          aligned nucleotide (dna or cds) sequences
1630    * @param dataset
1631    *          the alignment dataset the sequences belong to
1632    * @param products
1633    *          (optional) to restrict results to CDS that map to specified
1634    *          protein products
1635    * @return an alignment whose sequences are the cds-only parts of the dna
1636    *         sequences (or null if no mappings are found)
1637    */
1638   public static AlignmentI makeCdsAlignment(SequenceI[] dna,
1639           AlignmentI dataset, SequenceI[] products)
1640   {
1641     if (dataset == null || dataset.getDataset() != null)
1642     {
1643       throw new IllegalArgumentException(
1644               "IMPLEMENTATION ERROR: dataset.getDataset() must be null!");
1645     }
1646     List<SequenceI> foundSeqs = new ArrayList<>();
1647     List<SequenceI> cdsSeqs = new ArrayList<>();
1648     List<AlignedCodonFrame> mappings = dataset.getCodonFrames();
1649     HashSet<SequenceI> productSeqs = null;
1650     if (products != null)
1651     {
1652       productSeqs = new HashSet<>();
1653       for (SequenceI seq : products)
1654       {
1655         productSeqs.add(seq.getDatasetSequence() == null ? seq : seq
1656                 .getDatasetSequence());
1657       }
1658     }
1659
1660     /*
1661      * Construct CDS sequences from mappings on the alignment dataset.
1662      * The logic is:
1663      * - find the protein product(s) mapped to from each dna sequence
1664      * - if the mapping covers the whole dna sequence (give or take start/stop
1665      *   codon), take the dna as the CDS sequence
1666      * - else search dataset mappings for a suitable dna sequence, i.e. one
1667      *   whose whole sequence is mapped to the protein 
1668      * - if no sequence found, construct one from the dna sequence and mapping
1669      *   (and add it to dataset so it is found if this is repeated)
1670      */
1671     for (SequenceI dnaSeq : dna)
1672     {
1673       SequenceI dnaDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1674               : dnaSeq.getDatasetSequence();
1675
1676       List<AlignedCodonFrame> seqMappings = MappingUtils
1677               .findMappingsForSequence(dnaSeq, mappings);
1678       for (AlignedCodonFrame mapping : seqMappings)
1679       {
1680         List<Mapping> mappingsFromSequence = mapping
1681                 .getMappingsFromSequence(dnaSeq);
1682
1683         for (Mapping aMapping : mappingsFromSequence)
1684         {
1685           MapList mapList = aMapping.getMap();
1686           if (mapList.getFromRatio() == 1)
1687           {
1688             /*
1689              * not a dna-to-protein mapping (likely dna-to-cds)
1690              */
1691             continue;
1692           }
1693
1694           /*
1695            * skip if mapping is not to one of the target set of proteins
1696            */
1697           SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1698           if (productSeqs != null && !productSeqs.contains(proteinProduct))
1699           {
1700             continue;
1701           }
1702
1703           /*
1704            * try to locate the CDS from the dataset mappings;
1705            * guard against duplicate results (for the case that protein has
1706            * dbrefs to both dna and cds sequences)
1707            */
1708           SequenceI cdsSeq = findCdsForProtein(mappings, dnaSeq,
1709                   seqMappings, aMapping);
1710           if (cdsSeq != null)
1711           {
1712             if (!foundSeqs.contains(cdsSeq))
1713             {
1714               foundSeqs.add(cdsSeq);
1715               SequenceI derivedSequence = cdsSeq.deriveSequence();
1716               cdsSeqs.add(derivedSequence);
1717               if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeq))
1718               {
1719                 dataset.addSequence(cdsSeq);
1720               }
1721             }
1722             continue;
1723           }
1724
1725           /*
1726            * didn't find mapped CDS sequence - construct it and add
1727            * its dataset sequence to the dataset
1728            */
1729           cdsSeq = makeCdsSequence(dnaSeq.getDatasetSequence(), aMapping,
1730                   dataset).deriveSequence();
1731           // cdsSeq has a name constructed as CDS|<dbref>
1732           // <dbref> will be either the accession for the coding sequence,
1733           // marked in the /via/ dbref to the protein product accession
1734           // or it will be the original nucleotide accession.
1735           SequenceI cdsSeqDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
1736
1737           cdsSeqs.add(cdsSeq);
1738
1739           if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeqDss))
1740           {
1741             // check if this sequence is a newly created one
1742             // so needs adding to the dataset
1743             dataset.addSequence(cdsSeqDss);
1744           }
1745
1746           /*
1747            * add a mapping from CDS to the (unchanged) mapped to range
1748            */
1749           List<int[]> cdsRange = Collections.singletonList(new int[] { 1,
1750               cdsSeq.getLength() });
1751           MapList cdsToProteinMap = new MapList(cdsRange,
1752                   mapList.getToRanges(), mapList.getFromRatio(),
1753                   mapList.getToRatio());
1754           AlignedCodonFrame cdsToProteinMapping = new AlignedCodonFrame();
1755           cdsToProteinMapping.addMap(cdsSeqDss, proteinProduct,
1756                   cdsToProteinMap);
1757
1758           /*
1759            * guard against duplicating the mapping if repeating this action
1760            */
1761           if (!mappings.contains(cdsToProteinMapping))
1762           {
1763             mappings.add(cdsToProteinMapping);
1764           }
1765
1766           propagateDBRefsToCDS(cdsSeqDss, dnaSeq.getDatasetSequence(),
1767                   proteinProduct, aMapping);
1768           /*
1769            * add another mapping from original 'from' range to CDS
1770            */
1771           AlignedCodonFrame dnaToCdsMapping = new AlignedCodonFrame();
1772           final MapList dnaToCdsMap = new MapList(mapList.getFromRanges(),
1773                   cdsRange, 1, 1);
1774           dnaToCdsMapping.addMap(dnaSeq.getDatasetSequence(), cdsSeqDss,
1775                   dnaToCdsMap);
1776           if (!mappings.contains(dnaToCdsMapping))
1777           {
1778             mappings.add(dnaToCdsMapping);
1779           }
1780
1781           /*
1782            * transfer dna chromosomal loci (if known) to the CDS
1783            * sequence (via the mapping)
1784            */
1785           final MapList cdsToDnaMap = dnaToCdsMap.getInverse();
1786           transferGeneLoci(dnaSeq, cdsToDnaMap, cdsSeq);
1787
1788           /*
1789            * add DBRef with mapping from protein to CDS
1790            * (this enables Get Cross-References from protein alignment)
1791            * This is tricky because we can't have two DBRefs with the
1792            * same source and accession, so need a different accession for
1793            * the CDS from the dna sequence
1794            */
1795
1796           // specific use case:
1797           // Genomic contig ENSCHR:1, contains coding regions for ENSG01,
1798           // ENSG02, ENSG03, with transcripts and products similarly named.
1799           // cannot add distinct dbrefs mapping location on ENSCHR:1 to ENSG01
1800
1801           // JBPNote: ?? can't actually create an example that demonstrates we
1802           // need to
1803           // synthesize an xref.
1804
1805           for (DBRefEntry primRef : dnaDss.getPrimaryDBRefs())
1806           {
1807             /*
1808              * create a cross-reference from CDS to the source sequence's
1809              * primary reference and vice versa
1810              */
1811             String source = primRef.getSource();
1812             String version = primRef.getVersion();
1813             DBRefEntry cdsCrossRef = new DBRefEntry(source, source + ":"
1814                     + version, primRef.getAccessionId());
1815             cdsCrossRef.setMap(new Mapping(dnaDss, new MapList(cdsToDnaMap)));
1816             cdsSeqDss.addDBRef(cdsCrossRef);
1817
1818             dnaSeq.addDBRef(new DBRefEntry(source, version, cdsSeq
1819                     .getName(), new Mapping(cdsSeqDss, dnaToCdsMap)));
1820
1821             // problem here is that the cross-reference is synthesized -
1822             // cdsSeq.getName() may be like 'CDS|dnaaccession' or
1823             // 'CDS|emblcdsacc'
1824             // assuming cds version same as dna ?!?
1825
1826             DBRefEntry proteinToCdsRef = new DBRefEntry(source, version,
1827                     cdsSeq.getName());
1828             //
1829             proteinToCdsRef.setMap(new Mapping(cdsSeqDss, cdsToProteinMap
1830                     .getInverse()));
1831             proteinProduct.addDBRef(proteinToCdsRef);
1832           }
1833
1834           /*
1835            * transfer any features on dna that overlap the CDS
1836            */
1837           transferFeatures(dnaSeq, cdsSeq, dnaToCdsMap, null,
1838                   SequenceOntologyI.CDS);
1839         }
1840       }
1841     }
1842
1843     AlignmentI cds = new Alignment(cdsSeqs.toArray(new SequenceI[cdsSeqs
1844             .size()]));
1845     cds.setDataset(dataset);
1846
1847     return cds;
1848   }
1849
1850   /**
1851    * Tries to transfer gene loci (dbref to chromosome positions) from fromSeq to
1852    * toSeq, mediated by the given mapping between the sequences
1853    * 
1854    * @param fromSeq
1855    * @param targetToFrom
1856    *          Map
1857    * @param targetSeq
1858    */
1859   protected static void transferGeneLoci(SequenceI fromSeq,
1860           MapList targetToFrom, SequenceI targetSeq)
1861   {
1862     if (targetSeq.getGeneLoci() != null)
1863     {
1864       // already have - don't override
1865       return;
1866     }
1867     GeneLociI fromLoci = fromSeq.getGeneLoci();
1868     if (fromLoci == null)
1869     {
1870       return;
1871     }
1872
1873     MapList newMap = targetToFrom.traverse(fromLoci.getMapping());
1874
1875     if (newMap != null)
1876     {
1877       targetSeq.setGeneLoci(fromLoci.getSpeciesId(),
1878               fromLoci.getAssemblyId(), fromLoci.getChromosomeId(), newMap);
1879     }
1880   }
1881
1882   /**
1883    * A helper method that finds a CDS sequence in the alignment dataset that is
1884    * mapped to the given protein sequence, and either is, or has a mapping from,
1885    * the given dna sequence.
1886    * 
1887    * @param mappings
1888    *          set of all mappings on the dataset
1889    * @param dnaSeq
1890    *          a dna (or cds) sequence we are searching from
1891    * @param seqMappings
1892    *          the set of mappings involving dnaSeq
1893    * @param aMapping
1894    *          a transcript-to-peptide mapping
1895    * @return
1896    */
1897   static SequenceI findCdsForProtein(List<AlignedCodonFrame> mappings,
1898           SequenceI dnaSeq, List<AlignedCodonFrame> seqMappings,
1899           Mapping aMapping)
1900   {
1901     /*
1902      * TODO a better dna-cds-protein mapping data representation to allow easy
1903      * navigation; until then this clunky looping around lists of mappings
1904      */
1905     SequenceI seqDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1906             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1907     SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1908
1909     /*
1910      * is this mapping from the whole dna sequence (i.e. CDS)?
1911      * allowing for possible stop codon on dna but not peptide
1912      */
1913     int mappedFromLength = MappingUtils
1914             .getLength(aMapping.getMap().getFromRanges());
1915     int dnaLength = seqDss.getLength();
1916     if (mappedFromLength == dnaLength
1917             || mappedFromLength == dnaLength - CODON_LENGTH)
1918     {
1919       /*
1920        * if sequence has CDS features, this is a transcript with no UTR
1921        * - do not take this as the CDS sequence! (JAL-2789)
1922        */
1923       if (seqDss.getFeatures().getFeaturesByOntology(SequenceOntologyI.CDS)
1924               .isEmpty())
1925       {
1926         return seqDss;
1927       }
1928     }
1929
1930     /*
1931      * looks like we found the dna-to-protein mapping; search for the
1932      * corresponding cds-to-protein mapping
1933      */
1934     List<AlignedCodonFrame> mappingsToPeptide = MappingUtils
1935             .findMappingsForSequence(proteinProduct, mappings);
1936     for (AlignedCodonFrame acf : mappingsToPeptide)
1937     {
1938       for (SequenceToSequenceMapping map : acf.getMappings())
1939       {
1940         Mapping mapping = map.getMapping();
1941         if (mapping != aMapping
1942                 && mapping.getMap().getFromRatio() == CODON_LENGTH
1943                 && proteinProduct == mapping.getTo()
1944                 && seqDss != map.getFromSeq())
1945         {
1946           mappedFromLength = MappingUtils
1947                   .getLength(mapping.getMap().getFromRanges());
1948           if (mappedFromLength == map.getFromSeq().getLength())
1949           {
1950             /*
1951             * found a 3:1 mapping to the protein product which covers
1952             * the whole dna sequence i.e. is from CDS; finally check the CDS
1953             * is mapped from the given dna start sequence
1954             */
1955             SequenceI cdsSeq = map.getFromSeq();
1956             // todo this test is weak if seqMappings contains multiple mappings;
1957             // we get away with it if transcript:cds relationship is 1:1
1958             List<AlignedCodonFrame> dnaToCdsMaps = MappingUtils
1959                     .findMappingsForSequence(cdsSeq, seqMappings);
1960             if (!dnaToCdsMaps.isEmpty())
1961             {
1962               return cdsSeq;
1963             }
1964           }
1965         }
1966       }
1967     }
1968     return null;
1969   }
1970
1971   /**
1972    * Helper method that makes a CDS sequence as defined by the mappings from the
1973    * given sequence i.e. extracts the 'mapped from' ranges (which may be on
1974    * forward or reverse strand).
1975    * 
1976    * @param seq
1977    * @param mapping
1978    * @param dataset
1979    *          - existing dataset. We check for sequences that look like the CDS
1980    *          we are about to construct, if one exists already, then we will
1981    *          just return that one.
1982    * @return CDS sequence (as a dataset sequence)
1983    */
1984   static SequenceI makeCdsSequence(SequenceI seq, Mapping mapping,
1985           AlignmentI dataset)
1986   {
1987     char[] seqChars = seq.getSequence();
1988     List<int[]> fromRanges = mapping.getMap().getFromRanges();
1989     int cdsWidth = MappingUtils.getLength(fromRanges);
1990     char[] newSeqChars = new char[cdsWidth];
1991
1992     int newPos = 0;
1993     for (int[] range : fromRanges)
1994     {
1995       if (range[0] <= range[1])
1996       {
1997         // forward strand mapping - just copy the range
1998         int length = range[1] - range[0] + 1;
1999         System.arraycopy(seqChars, range[0] - 1, newSeqChars, newPos,
2000                 length);
2001         newPos += length;
2002       }
2003       else
2004       {
2005         // reverse strand mapping - copy and complement one by one
2006         for (int i = range[0]; i >= range[1]; i--)
2007         {
2008           newSeqChars[newPos++] = Dna.getComplement(seqChars[i - 1]);
2009         }
2010       }
2011     }
2012
2013     /*
2014      * assign 'from id' held in the mapping if set (e.g. EMBL protein_id),
2015      * else generate a sequence name
2016      */
2017     String mapFromId = mapping.getMappedFromId();
2018     String seqId = "CDS|" + (mapFromId != null ? mapFromId : seq.getName());
2019     SequenceI newSeq = new Sequence(seqId, newSeqChars, 1, newPos);
2020     if (dataset != null)
2021     {
2022       SequenceI[] matches = dataset.findSequenceMatch(newSeq.getName());
2023       if (matches != null)
2024       {
2025         boolean matched = false;
2026         for (SequenceI mtch : matches)
2027         {
2028           if (mtch.getStart() != newSeq.getStart())
2029           {
2030             continue;
2031           }
2032           if (mtch.getEnd() != newSeq.getEnd())
2033           {
2034             continue;
2035           }
2036           if (!Arrays.equals(mtch.getSequence(), newSeq.getSequence()))
2037           {
2038             continue;
2039           }
2040           if (!matched)
2041           {
2042             matched = true;
2043             newSeq = mtch;
2044           }
2045           else
2046           {
2047             System.err.println(
2048                     "JAL-2154 regression: warning - found (and ignnored a duplicate CDS sequence):"
2049                             + mtch.toString());
2050           }
2051         }
2052       }
2053     }
2054     // newSeq.setDescription(mapFromId);
2055
2056     return newSeq;
2057   }
2058
2059   /**
2060    * Adds any DBRefEntrys to cdsSeq from contig that have a Mapping congruent to
2061    * the given mapping.
2062    * 
2063    * @param cdsSeq
2064    * @param contig
2065    * @param proteinProduct
2066    * @param mapping
2067    * @return list of DBRefEntrys added
2068    */
2069   protected static List<DBRefEntry> propagateDBRefsToCDS(SequenceI cdsSeq,
2070           SequenceI contig, SequenceI proteinProduct, Mapping mapping)
2071   {
2072
2073     // gather direct refs from contig congruent with mapping
2074     List<DBRefEntry> direct = new ArrayList<>();
2075     HashSet<String> directSources = new HashSet<>();
2076
2077     if (contig.getDBRefs() != null)
2078     {
2079       for (DBRefEntry dbr : contig.getDBRefs())
2080       {
2081         if (dbr.hasMap() && dbr.getMap().getMap().isTripletMap())
2082         {
2083           MapList map = dbr.getMap().getMap();
2084           // check if map is the CDS mapping
2085           if (mapping.getMap().equals(map))
2086           {
2087             direct.add(dbr);
2088             directSources.add(dbr.getSource());
2089           }
2090         }
2091       }
2092     }
2093     DBRefEntry[] onSource = DBRefUtils.selectRefs(
2094             proteinProduct.getDBRefs(),
2095             directSources.toArray(new String[0]));
2096     List<DBRefEntry> propagated = new ArrayList<>();
2097
2098     // and generate appropriate mappings
2099     for (DBRefEntry cdsref : direct)
2100     {
2101       // clone maplist and mapping
2102       MapList cdsposmap = new MapList(
2103               Arrays.asList(new int[][]
2104               { new int[] { cdsSeq.getStart(), cdsSeq.getEnd() } }),
2105               cdsref.getMap().getMap().getToRanges(), 3, 1);
2106       Mapping cdsmap = new Mapping(cdsref.getMap().getTo(),
2107               cdsref.getMap().getMap());
2108
2109       // create dbref
2110       DBRefEntry newref = new DBRefEntry(cdsref.getSource(),
2111               cdsref.getVersion(), cdsref.getAccessionId(),
2112               new Mapping(cdsmap.getTo(), cdsposmap));
2113
2114       // and see if we can map to the protein product for this mapping.
2115       // onSource is the filtered set of accessions on protein that we are
2116       // tranferring, so we assume accession is the same.
2117       if (cdsmap.getTo() == null && onSource != null)
2118       {
2119         List<DBRefEntry> sourceRefs = DBRefUtils.searchRefs(onSource,
2120                 cdsref.getAccessionId());
2121         if (sourceRefs != null)
2122         {
2123           for (DBRefEntry srcref : sourceRefs)
2124           {
2125             if (srcref.getSource().equalsIgnoreCase(cdsref.getSource()))
2126             {
2127               // we have found a complementary dbref on the protein product, so
2128               // update mapping's getTo
2129               newref.getMap().setTo(proteinProduct);
2130             }
2131           }
2132         }
2133       }
2134       cdsSeq.addDBRef(newref);
2135       propagated.add(newref);
2136     }
2137     return propagated;
2138   }
2139
2140   /**
2141    * Transfers co-located features on 'fromSeq' to 'toSeq', adjusting the
2142    * feature start/end ranges, optionally omitting specified feature types.
2143    * Returns the number of features copied.
2144    * 
2145    * @param fromSeq
2146    * @param toSeq
2147    * @param mapping
2148    *          the mapping from 'fromSeq' to 'toSeq'
2149    * @param select
2150    *          if not null, only features of this type are copied (including
2151    *          subtypes in the Sequence Ontology)
2152    * @param omitting
2153    */
2154   protected static int transferFeatures(SequenceI fromSeq, SequenceI toSeq,
2155           MapList mapping, String select, String... omitting)
2156   {
2157     SequenceI copyTo = toSeq;
2158     while (copyTo.getDatasetSequence() != null)
2159     {
2160       copyTo = copyTo.getDatasetSequence();
2161     }
2162
2163     /*
2164      * get features, optionally restricted by an ontology term
2165      */
2166     List<SequenceFeature> sfs = select == null ? fromSeq.getFeatures()
2167             .getPositionalFeatures() : fromSeq.getFeatures()
2168             .getFeaturesByOntology(select);
2169
2170     int count = 0;
2171     for (SequenceFeature sf : sfs)
2172     {
2173       String type = sf.getType();
2174       boolean omit = false;
2175       for (String toOmit : omitting)
2176       {
2177         if (type.equals(toOmit))
2178         {
2179           omit = true;
2180         }
2181       }
2182       if (omit)
2183       {
2184         continue;
2185       }
2186
2187       /*
2188        * locate the mapped range - null if either start or end is
2189        * not mapped (no partial overlaps are calculated)
2190        */
2191       int start = sf.getBegin();
2192       int end = sf.getEnd();
2193       int[] mappedTo = mapping.locateInTo(start, end);
2194       /*
2195        * if whole exon range doesn't map, try interpreting it
2196        * as 5' or 3' exon overlapping the CDS range
2197        */
2198       if (mappedTo == null)
2199       {
2200         mappedTo = mapping.locateInTo(end, end);
2201         if (mappedTo != null)
2202         {
2203           /*
2204            * end of exon is in CDS range - 5' overlap
2205            * to a range from the start of the peptide
2206            */
2207           mappedTo[0] = 1;
2208         }
2209       }
2210       if (mappedTo == null)
2211       {
2212         mappedTo = mapping.locateInTo(start, start);
2213         if (mappedTo != null)
2214         {
2215           /*
2216            * start of exon is in CDS range - 3' overlap
2217            * to a range up to the end of the peptide
2218            */
2219           mappedTo[1] = toSeq.getLength();
2220         }
2221       }
2222       if (mappedTo != null)
2223       {
2224         int newBegin = Math.min(mappedTo[0], mappedTo[1]);
2225         int newEnd = Math.max(mappedTo[0], mappedTo[1]);
2226         SequenceFeature copy = new SequenceFeature(sf, newBegin, newEnd,
2227                 sf.getFeatureGroup(), sf.getScore());
2228         copyTo.addSequenceFeature(copy);
2229         count++;
2230       }
2231     }
2232     return count;
2233   }
2234
2235   /**
2236    * Returns a mapping from dna to protein by inspecting sequence features of
2237    * type "CDS" on the dna. A mapping is constructed if the total CDS feature
2238    * length is 3 times the peptide length (optionally after dropping a trailing
2239    * stop codon). This method does not check whether the CDS nucleotide sequence
2240    * translates to the peptide sequence.
2241    * 
2242    * @param dnaSeq
2243    * @param proteinSeq
2244    * @return
2245    */
2246   public static MapList mapCdsToProtein(SequenceI dnaSeq,
2247           SequenceI proteinSeq)
2248   {
2249     List<int[]> ranges = findCdsPositions(dnaSeq);
2250     int mappedDnaLength = MappingUtils.getLength(ranges);
2251
2252     /*
2253      * if not a whole number of codons, truncate mapping
2254      */
2255     int codonRemainder = mappedDnaLength % CODON_LENGTH;
2256     if (codonRemainder > 0)
2257     {
2258       mappedDnaLength -= codonRemainder;
2259       MappingUtils.removeEndPositions(codonRemainder, ranges);
2260     }
2261
2262     int proteinLength = proteinSeq.getLength();
2263     int proteinStart = proteinSeq.getStart();
2264     int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
2265
2266     /*
2267      * incomplete start codon may mean X at start of peptide
2268      * we ignore both for mapping purposes
2269      */
2270     if (proteinSeq.getCharAt(0) == 'X')
2271     {
2272       // todo JAL-2022 support startPhase > 0
2273       proteinStart++;
2274       proteinLength--;
2275     }
2276     List<int[]> proteinRange = new ArrayList<>();
2277
2278     /*
2279      * dna length should map to protein (or protein plus stop codon)
2280      */
2281     int codesForResidues = mappedDnaLength / CODON_LENGTH;
2282     if (codesForResidues == (proteinLength + 1))
2283     {
2284       // assuming extra codon is for STOP and not in peptide
2285       // todo: check trailing codon is indeed a STOP codon
2286       codesForResidues--;
2287       mappedDnaLength -= CODON_LENGTH;
2288       MappingUtils.removeEndPositions(CODON_LENGTH, ranges);
2289     }
2290
2291     if (codesForResidues == proteinLength)
2292     {
2293       proteinRange.add(new int[] { proteinStart, proteinEnd });
2294       return new MapList(ranges, proteinRange, CODON_LENGTH, 1);
2295     }
2296     return null;
2297   }
2298
2299   /**
2300    * Returns a list of CDS ranges found (as sequence positions base 1), i.e. of
2301    * [start, end] positions of sequence features of type "CDS" (or a sub-type of
2302    * CDS in the Sequence Ontology). The ranges are sorted into ascending start
2303    * position order, so this method is only valid for linear CDS in the same
2304    * sense as the protein product.
2305    * 
2306    * @param dnaSeq
2307    * @return
2308    */
2309   protected static List<int[]> findCdsPositions(SequenceI dnaSeq)
2310   {
2311     List<int[]> result = new ArrayList<>();
2312
2313     List<SequenceFeature> sfs = dnaSeq.getFeatures().getFeaturesByOntology(
2314             SequenceOntologyI.CDS);
2315     if (sfs.isEmpty())
2316     {
2317       return result;
2318     }
2319     SequenceFeatures.sortFeatures(sfs, true);
2320
2321     for (SequenceFeature sf : sfs)
2322     {
2323       int phase = 0;
2324       try
2325       {
2326         phase = Integer.parseInt(sf.getPhase());
2327       } catch (NumberFormatException e)
2328       {
2329         // ignore
2330       }
2331       /*
2332        * phase > 0 on first codon means 5' incomplete - skip to the start
2333        * of the next codon; example ENST00000496384
2334        */
2335       int begin = sf.getBegin();
2336       int end = sf.getEnd();
2337       if (result.isEmpty() && phase > 0)
2338       {
2339         begin += phase;
2340         if (begin > end)
2341         {
2342           // shouldn't happen!
2343           System.err
2344                   .println("Error: start phase extends beyond start CDS in "
2345                           + dnaSeq.getName());
2346         }
2347       }
2348       result.add(new int[] { begin, end });
2349     }
2350
2351     /*
2352      * Finally sort ranges by start position. This avoids a dependency on 
2353      * keeping features in order on the sequence (if they are in order anyway,
2354      * the sort will have almost no work to do). The implicit assumption is CDS
2355      * ranges are assembled in order. Other cases should not use this method,
2356      * but instead construct an explicit mapping for CDS (e.g. EMBL parsing).
2357      */
2358     Collections.sort(result, IntRangeComparator.ASCENDING);
2359     return result;
2360   }
2361
2362   /**
2363    * Maps exon features from dna to protein, and computes variants in peptide
2364    * product generated by variants in dna, and adds them as sequence_variant
2365    * features on the protein sequence. Returns the number of variant features
2366    * added.
2367    * 
2368    * @param dnaSeq
2369    * @param peptide
2370    * @param dnaToProtein
2371    */
2372   public static int computeProteinFeatures(SequenceI dnaSeq,
2373           SequenceI peptide, MapList dnaToProtein)
2374   {
2375     while (dnaSeq.getDatasetSequence() != null)
2376     {
2377       dnaSeq = dnaSeq.getDatasetSequence();
2378     }
2379     while (peptide.getDatasetSequence() != null)
2380     {
2381       peptide = peptide.getDatasetSequence();
2382     }
2383
2384     transferFeatures(dnaSeq, peptide, dnaToProtein, SequenceOntologyI.EXON);
2385
2386     /*
2387      * compute protein variants from dna variants and codon mappings;
2388      * NB - alternatively we could retrieve this using the REST service e.g.
2389      * http://rest.ensembl.org/overlap/translation
2390      * /ENSP00000288602?feature=transcript_variation;content-type=text/xml
2391      * which would be a bit slower but possibly more reliable
2392      */
2393
2394     /*
2395      * build a map with codon variations for each potentially varying peptide
2396      */
2397     LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]> variants = buildDnaVariantsMap(
2398             dnaSeq, dnaToProtein);
2399
2400     /*
2401      * scan codon variations, compute peptide variants and add to peptide sequence
2402      */
2403     int count = 0;
2404     for (Entry<Integer, List<DnaVariant>[]> variant : variants.entrySet())
2405     {
2406       int peptidePos = variant.getKey();
2407       List<DnaVariant>[] codonVariants = variant.getValue();
2408       count += computePeptideVariants(peptide, peptidePos, codonVariants);
2409     }
2410
2411     return count;
2412   }
2413
2414   /**
2415    * Computes non-synonymous peptide variants from codon variants and adds them
2416    * as sequence_variant features on the protein sequence (one feature per
2417    * allele variant). Selected attributes (variant id, clinical significance)
2418    * are copied over to the new features.
2419    * 
2420    * @param peptide
2421    *          the protein sequence
2422    * @param peptidePos
2423    *          the position to compute peptide variants for
2424    * @param codonVariants
2425    *          a list of dna variants per codon position
2426    * @return the number of features added
2427    */
2428   static int computePeptideVariants(SequenceI peptide, int peptidePos,
2429           List<DnaVariant>[] codonVariants)
2430   {
2431     String residue = String.valueOf(peptide.getCharAt(peptidePos - 1));
2432     int count = 0;
2433     String base1 = codonVariants[0].get(0).base;
2434     String base2 = codonVariants[1].get(0).base;
2435     String base3 = codonVariants[2].get(0).base;
2436
2437     /*
2438      * variants in first codon base
2439      */
2440     for (DnaVariant var : codonVariants[0])
2441     {
2442       if (var.variant != null)
2443       {
2444         String alleles = (String) var.variant.getValue(Gff3Helper.ALLELES);
2445         if (alleles != null)
2446         {
2447           for (String base : alleles.split(","))
2448           {
2449             if (!base1.equalsIgnoreCase(base))
2450             {
2451               String codon = base.toUpperCase() + base2.toLowerCase()
2452                       + base3.toLowerCase();
2453               String canonical = base1.toUpperCase() + base2.toLowerCase()
2454                       + base3.toLowerCase();
2455               if (addPeptideVariant(peptide, peptidePos, residue, var,
2456                       codon, canonical))
2457               {
2458                 count++;
2459               }
2460             }
2461           }
2462         }
2463       }
2464     }
2465
2466     /*
2467      * variants in second codon base
2468      */
2469     for (DnaVariant var : codonVariants[1])
2470     {
2471       if (var.variant != null)
2472       {
2473         String alleles = (String) var.variant.getValue(Gff3Helper.ALLELES);
2474         if (alleles != null)
2475         {
2476           for (String base : alleles.split(","))
2477           {
2478             if (!base2.equalsIgnoreCase(base))
2479             {
2480               String codon = base1.toLowerCase() + base.toUpperCase()
2481                       + base3.toLowerCase();
2482               String canonical = base1.toLowerCase() + base2.toUpperCase()
2483                       + base3.toLowerCase();
2484               if (addPeptideVariant(peptide, peptidePos, residue, var,
2485                       codon, canonical))
2486               {
2487                 count++;
2488               }
2489             }
2490           }
2491         }
2492       }
2493     }
2494
2495     /*
2496      * variants in third codon base
2497      */
2498     for (DnaVariant var : codonVariants[2])
2499     {
2500       if (var.variant != null)
2501       {
2502         String alleles = (String) var.variant.getValue(Gff3Helper.ALLELES);
2503         if (alleles != null)
2504         {
2505           for (String base : alleles.split(","))
2506           {
2507             if (!base3.equalsIgnoreCase(base))
2508             {
2509               String codon = base1.toLowerCase() + base2.toLowerCase()
2510                       + base.toUpperCase();
2511               String canonical = base1.toLowerCase() + base2.toLowerCase()
2512                       + base3.toUpperCase();
2513               if (addPeptideVariant(peptide, peptidePos, residue, var,
2514                       codon, canonical))
2515               {
2516                 count++;
2517               }
2518             }
2519           }
2520         }
2521       }
2522     }
2523
2524     return count;
2525   }
2526
2527   /**
2528    * Helper method that adds a peptide variant feature. ID and
2529    * clinical_significance attributes of the dna variant (if present) are copied
2530    * to the new feature.
2531    * 
2532    * @param peptide
2533    * @param peptidePos
2534    * @param residue
2535    * @param var
2536    * @param codon
2537    *          the variant codon e.g. aCg
2538    * @param canonical
2539    *          the 'normal' codon e.g. aTg
2540    * @return true if a feature was added, else false
2541    */
2542   static boolean addPeptideVariant(SequenceI peptide, int peptidePos,
2543           String residue, DnaVariant var, String codon, String canonical)
2544   {
2545     /*
2546      * get peptide translation of codon e.g. GAT -> D
2547      * note that variants which are not single alleles,
2548      * e.g. multibase variants or HGMD_MUTATION etc
2549      * are currently ignored here
2550      */
2551     String trans = codon.contains("-") ? null
2552             : (codon.length() > CODON_LENGTH ? null
2553                     : ResidueProperties.codonTranslate(codon));
2554     if (trans == null)
2555     {
2556       return false;
2557     }
2558     String desc = canonical + "/" + codon;
2559     String featureType = "";
2560     if (trans.equals(residue))
2561     {
2562       featureType = SequenceOntologyI.SYNONYMOUS_VARIANT;
2563     }
2564     else if (ResidueProperties.STOP.equals(trans))
2565     {
2566       featureType = SequenceOntologyI.STOP_GAINED;
2567     }
2568     else
2569     {
2570       String residue3Char = StringUtils
2571               .toSentenceCase(ResidueProperties.aa2Triplet.get(residue));
2572       String trans3Char = StringUtils
2573               .toSentenceCase(ResidueProperties.aa2Triplet.get(trans));
2574       desc = "p." + residue3Char + peptidePos + trans3Char;
2575       featureType = SequenceOntologyI.NONSYNONYMOUS_VARIANT;
2576     }
2577     SequenceFeature sf = new SequenceFeature(featureType, desc, peptidePos,
2578             peptidePos, var.getSource());
2579
2580     StringBuilder attributes = new StringBuilder(32);
2581     String id = (String) var.variant.getValue(VARIANT_ID);
2582     if (id != null)
2583     {
2584       if (id.startsWith(SEQUENCE_VARIANT))
2585       {
2586         id = id.substring(SEQUENCE_VARIANT.length());
2587       }
2588       sf.setValue(VARIANT_ID, id);
2589       attributes.append(VARIANT_ID).append("=").append(id);
2590       // TODO handle other species variants JAL-2064
2591       StringBuilder link = new StringBuilder(32);
2592       try
2593       {
2594         link.append(desc).append(" ").append(id).append(
2595                 "|http://www.ensembl.org/Homo_sapiens/Variation/Summary?v=")
2596                 .append(URLEncoder.encode(id, "UTF-8"));
2597         sf.addLink(link.toString());
2598       } catch (UnsupportedEncodingException e)
2599       {
2600         // as if
2601       }
2602     }
2603     String clinSig = (String) var.variant.getValue(CLINICAL_SIGNIFICANCE);
2604     if (clinSig != null)
2605     {
2606       sf.setValue(CLINICAL_SIGNIFICANCE, clinSig);
2607       attributes.append(";").append(CLINICAL_SIGNIFICANCE).append("=")
2608               .append(clinSig);
2609     }
2610     peptide.addSequenceFeature(sf);
2611     if (attributes.length() > 0)
2612     {
2613       sf.setAttributes(attributes.toString());
2614     }
2615     return true;
2616   }
2617
2618   /**
2619    * Builds a map whose key is position in the protein sequence, and value is a
2620    * list of the base and all variants for each corresponding codon position.
2621    * <p>
2622    * This depends on dna variants being held as a comma-separated list as
2623    * property "alleles" on variant features.
2624    * 
2625    * @param dnaSeq
2626    * @param dnaToProtein
2627    * @return
2628    */
2629   @SuppressWarnings("unchecked")
2630   static LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]> buildDnaVariantsMap(
2631           SequenceI dnaSeq, MapList dnaToProtein)
2632   {
2633     /*
2634      * map from peptide position to all variants of the codon which codes for it
2635      * LinkedHashMap ensures we keep the peptide features in sequence order
2636      */
2637     LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]> variants = new LinkedHashMap<>();
2638
2639     List<SequenceFeature> dnaFeatures = dnaSeq.getFeatures()
2640             .getFeaturesByOntology(SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT);
2641     if (dnaFeatures.isEmpty())
2642     {
2643       return variants;
2644     }
2645
2646     int dnaStart = dnaSeq.getStart();
2647     int[] lastCodon = null;
2648     int lastPeptidePostion = 0;
2649
2650     /*
2651      * build a map of codon variations for peptides
2652      */
2653     for (SequenceFeature sf : dnaFeatures)
2654     {
2655       int dnaCol = sf.getBegin();
2656       if (dnaCol != sf.getEnd())
2657       {
2658         // not handling multi-locus variant features
2659         continue;
2660       }
2661
2662       /*
2663        * ignore variant if not a SNP
2664        */
2665       String alls = (String) sf.getValue(Gff3Helper.ALLELES);
2666       if (alls == null)
2667       {
2668         continue; // non-SNP VCF variant perhaps - can't process this
2669       }
2670
2671       String[] alleles = alls.toUpperCase().split(",");
2672       boolean isSnp = true;
2673       for (String allele : alleles)
2674       {
2675         if (allele.trim().length() > 1)
2676         {
2677           isSnp = false;
2678         }
2679       }
2680       if (!isSnp)
2681       {
2682         continue;
2683       }
2684
2685       int[] mapsTo = dnaToProtein.locateInTo(dnaCol, dnaCol);
2686       if (mapsTo == null)
2687       {
2688         // feature doesn't lie within coding region
2689         continue;
2690       }
2691       int peptidePosition = mapsTo[0];
2692       List<DnaVariant>[] codonVariants = variants.get(peptidePosition);
2693       if (codonVariants == null)
2694       {
2695         codonVariants = new ArrayList[CODON_LENGTH];
2696         codonVariants[0] = new ArrayList<>();
2697         codonVariants[1] = new ArrayList<>();
2698         codonVariants[2] = new ArrayList<>();
2699         variants.put(peptidePosition, codonVariants);
2700       }
2701
2702       /*
2703        * get this peptide's codon positions e.g. [3, 4, 5] or [4, 7, 10]
2704        */
2705       int[] codon = peptidePosition == lastPeptidePostion ? lastCodon
2706               : MappingUtils.flattenRanges(dnaToProtein.locateInFrom(
2707                       peptidePosition, peptidePosition));
2708       lastPeptidePostion = peptidePosition;
2709       lastCodon = codon;
2710
2711       /*
2712        * save nucleotide (and any variant) for each codon position
2713        */
2714       for (int codonPos = 0; codonPos < CODON_LENGTH; codonPos++)
2715       {
2716         String nucleotide = String.valueOf(
2717                 dnaSeq.getCharAt(codon[codonPos] - dnaStart)).toUpperCase();
2718         List<DnaVariant> codonVariant = codonVariants[codonPos];
2719         if (codon[codonPos] == dnaCol)
2720         {
2721           if (!codonVariant.isEmpty()
2722                   && codonVariant.get(0).variant == null)
2723           {
2724             /*
2725              * already recorded base value, add this variant
2726              */
2727             codonVariant.get(0).variant = sf;
2728           }
2729           else
2730           {
2731             /*
2732              * add variant with base value
2733              */
2734             codonVariant.add(new DnaVariant(nucleotide, sf));
2735           }
2736         }
2737         else if (codonVariant.isEmpty())
2738         {
2739           /*
2740            * record (possibly non-varying) base value
2741            */
2742           codonVariant.add(new DnaVariant(nucleotide));
2743         }
2744       }
2745     }
2746     return variants;
2747   }
2748
2749   /**
2750    * Makes an alignment with a copy of the given sequences, adding in any
2751    * non-redundant sequences which are mapped to by the cross-referenced
2752    * sequences.
2753    * 
2754    * @param seqs
2755    * @param xrefs
2756    * @param dataset
2757    *          the alignment dataset shared by the new copy
2758    * @return
2759    */
2760   public static AlignmentI makeCopyAlignment(SequenceI[] seqs,
2761           SequenceI[] xrefs, AlignmentI dataset)
2762   {
2763     AlignmentI copy = new Alignment(new Alignment(seqs));
2764     copy.setDataset(dataset);
2765     boolean isProtein = !copy.isNucleotide();
2766     SequenceIdMatcher matcher = new SequenceIdMatcher(seqs);
2767     if (xrefs != null)
2768     {
2769       for (SequenceI xref : xrefs)
2770       {
2771         DBRefEntry[] dbrefs = xref.getDBRefs();
2772         if (dbrefs != null)
2773         {
2774           for (DBRefEntry dbref : dbrefs)
2775           {
2776             if (dbref.getMap() == null || dbref.getMap().getTo() == null
2777                     || dbref.getMap().getTo().isProtein() != isProtein)
2778             {
2779               continue;
2780             }
2781             SequenceI mappedTo = dbref.getMap().getTo();
2782             SequenceI match = matcher.findIdMatch(mappedTo);
2783             if (match == null)
2784             {
2785               matcher.add(mappedTo);
2786               copy.addSequence(mappedTo);
2787             }
2788           }
2789         }
2790       }
2791     }
2792     return copy;
2793   }
2794
2795   /**
2796    * Try to align sequences in 'unaligned' to match the alignment of their
2797    * mapped regions in 'aligned'. For example, could use this to align CDS
2798    * sequences which are mapped to their parent cDNA sequences.
2799    * 
2800    * This method handles 1:1 mappings (dna-to-dna or protein-to-protein). For
2801    * dna-to-protein or protein-to-dna use alternative methods.
2802    * 
2803    * @param unaligned
2804    *          sequences to be aligned
2805    * @param aligned
2806    *          holds aligned sequences and their mappings
2807    * @return
2808    */
2809   public static int alignAs(AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned)
2810   {
2811     /*
2812      * easy case - aligning a copy of aligned sequences
2813      */
2814     if (alignAsSameSequences(unaligned, aligned))
2815     {
2816       return unaligned.getHeight();
2817     }
2818
2819     /*
2820      * fancy case - aligning via mappings between sequences
2821      */
2822     List<SequenceI> unmapped = new ArrayList<>();
2823     Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> columnMap = buildMappedColumnsMap(
2824             unaligned, aligned, unmapped);
2825     int width = columnMap.size();
2826     char gap = unaligned.getGapCharacter();
2827     int realignedCount = 0;
2828     // TODO: verify this loop scales sensibly for very wide/high alignments
2829
2830     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2831     {
2832       if (!unmapped.contains(seq))
2833       {
2834         char[] newSeq = new char[width];
2835         Arrays.fill(newSeq, gap); // JBPComment - doubt this is faster than the
2836                                   // Integer iteration below
2837         int newCol = 0;
2838         int lastCol = 0;
2839
2840         /*
2841          * traverse the map to find columns populated
2842          * by our sequence
2843          */
2844         for (Integer column : columnMap.keySet())
2845         {
2846           Character c = columnMap.get(column).get(seq);
2847           if (c != null)
2848           {
2849             /*
2850              * sequence has a character at this position
2851              * 
2852              */
2853             newSeq[newCol] = c;
2854             lastCol = newCol;
2855           }
2856           newCol++;
2857         }
2858
2859         /*
2860          * trim trailing gaps
2861          */
2862         if (lastCol < width)
2863         {
2864           char[] tmp = new char[lastCol + 1];
2865           System.arraycopy(newSeq, 0, tmp, 0, lastCol + 1);
2866           newSeq = tmp;
2867         }
2868         // TODO: optimise SequenceI to avoid char[]->String->char[]
2869         seq.setSequence(String.valueOf(newSeq));
2870         realignedCount++;
2871       }
2872     }
2873     return realignedCount;
2874   }
2875
2876   /**
2877    * If unaligned and aligned sequences share the same dataset sequences, then
2878    * simply copies the aligned sequences to the unaligned sequences and returns
2879    * true; else returns false
2880    * 
2881    * @param unaligned
2882    *          - sequences to be aligned based on aligned
2883    * @param aligned
2884    *          - 'guide' alignment containing sequences derived from same dataset
2885    *          as unaligned
2886    * @return
2887    */
2888   static boolean alignAsSameSequences(AlignmentI unaligned,
2889           AlignmentI aligned)
2890   {
2891     if (aligned.getDataset() == null || unaligned.getDataset() == null)
2892     {
2893       return false; // should only pass alignments with datasets here
2894     }
2895
2896     // map from dataset sequence to alignment sequence(s)
2897     Map<SequenceI, List<SequenceI>> alignedDatasets = new HashMap<>();
2898     for (SequenceI seq : aligned.getSequences())
2899     {
2900       SequenceI ds = seq.getDatasetSequence();
2901       if (alignedDatasets.get(ds) == null)
2902       {
2903         alignedDatasets.put(ds, new ArrayList<SequenceI>());
2904       }
2905       alignedDatasets.get(ds).add(seq);
2906     }
2907
2908     /*
2909      * first pass - check whether all sequences to be aligned share a dataset
2910      * sequence with an aligned sequence
2911      */
2912     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2913     {
2914       if (!alignedDatasets.containsKey(seq.getDatasetSequence()))
2915       {
2916         return false;
2917       }
2918     }
2919
2920     /*
2921      * second pass - copy aligned sequences;
2922      * heuristic rule: pair off sequences in order for the case where 
2923      * more than one shares the same dataset sequence 
2924      */
2925     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2926     {
2927       List<SequenceI> alignedSequences = alignedDatasets
2928               .get(seq.getDatasetSequence());
2929       // TODO: getSequenceAsString() will be deprecated in the future
2930       // TODO: need to leave to SequenceI implementor to update gaps
2931       seq.setSequence(alignedSequences.get(0).getSequenceAsString());
2932       if (alignedSequences.size() > 0)
2933       {
2934         // pop off aligned sequences (except the last one)
2935         alignedSequences.remove(0);
2936       }
2937     }
2938
2939     return true;
2940   }
2941
2942   /**
2943    * Returns a map whose key is alignment column number (base 1), and whose
2944    * values are a map of sequence characters in that column.
2945    * 
2946    * @param unaligned
2947    * @param aligned
2948    * @param unmapped
2949    * @return
2950    */
2951   static SortedMap<Integer, Map<SequenceI, Character>> buildMappedColumnsMap(
2952           AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned,
2953           List<SequenceI> unmapped)
2954   {
2955     /*
2956      * Map will hold, for each aligned column position, a map of
2957      * {unalignedSequence, characterPerSequence} at that position.
2958      * TreeMap keeps the entries in ascending column order. 
2959      */
2960     SortedMap<Integer, Map<SequenceI, Character>> map = new TreeMap<>();
2961
2962     /*
2963      * record any sequences that have no mapping so can't be realigned
2964      */
2965     unmapped.addAll(unaligned.getSequences());
2966
2967     List<AlignedCodonFrame> mappings = aligned.getCodonFrames();
2968
2969     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2970     {
2971       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
2972       {
2973         SequenceI fromSeq = mapping.findAlignedSequence(seq, aligned);
2974         if (fromSeq != null)
2975         {
2976           Mapping seqMap = mapping.getMappingBetween(fromSeq, seq);
2977           if (addMappedPositions(seq, fromSeq, seqMap, map))
2978           {
2979             unmapped.remove(seq);
2980           }
2981         }
2982       }
2983     }
2984     return map;
2985   }
2986
2987   /**
2988    * Helper method that adds to a map the mapped column positions of a sequence.
2989    * <br>
2990    * For example if aaTT-Tg-gAAA is mapped to TTTAAA then the map should record
2991    * that columns 3,4,6,10,11,12 map to characters T,T,T,A,A,A of the mapped to
2992    * sequence.
2993    * 
2994    * @param seq
2995    *          the sequence whose column positions we are recording
2996    * @param fromSeq
2997    *          a sequence that is mapped to the first sequence
2998    * @param seqMap
2999    *          the mapping from 'fromSeq' to 'seq'
3000    * @param map
3001    *          a map to add the column positions (in fromSeq) of the mapped
3002    *          positions of seq
3003    * @return
3004    */
3005   static boolean addMappedPositions(SequenceI seq, SequenceI fromSeq,
3006           Mapping seqMap, Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> map)
3007   {
3008     if (seqMap == null)
3009     {
3010       return false;
3011     }
3012
3013     /*
3014      * invert mapping if it is from unaligned to aligned sequence
3015      */
3016     if (seqMap.getTo() == fromSeq.getDatasetSequence())
3017     {
3018       seqMap = new Mapping(seq.getDatasetSequence(),
3019               seqMap.getMap().getInverse());
3020     }
3021
3022     int toStart = seq.getStart();
3023
3024     /*
3025      * traverse [start, end, start, end...] ranges in fromSeq
3026      */
3027     for (int[] fromRange : seqMap.getMap().getFromRanges())
3028     {
3029       for (int i = 0; i < fromRange.length - 1; i += 2)
3030       {
3031         boolean forward = fromRange[i + 1] >= fromRange[i];
3032
3033         /*
3034          * find the range mapped to (sequence positions base 1)
3035          */
3036         int[] range = seqMap.locateMappedRange(fromRange[i],
3037                 fromRange[i + 1]);
3038         if (range == null)
3039         {
3040           System.err.println("Error in mapping " + seqMap + " from "
3041                   + fromSeq.getName());
3042           return false;
3043         }
3044         int fromCol = fromSeq.findIndex(fromRange[i]);
3045         int mappedCharPos = range[0];
3046
3047         /*
3048          * walk over the 'from' aligned sequence in forward or reverse
3049          * direction; when a non-gap is found, record the column position
3050          * of the next character of the mapped-to sequence; stop when all
3051          * the characters of the range have been counted
3052          */
3053         while (mappedCharPos <= range[1] && fromCol <= fromSeq.getLength()
3054                 && fromCol >= 0)
3055         {
3056           if (!Comparison.isGap(fromSeq.getCharAt(fromCol - 1)))
3057           {
3058             /*
3059              * mapped from sequence has a character in this column
3060              * record the column position for the mapped to character
3061              */
3062             Map<SequenceI, Character> seqsMap = map.get(fromCol);
3063             if (seqsMap == null)
3064             {
3065               seqsMap = new HashMap<>();
3066               map.put(fromCol, seqsMap);
3067             }
3068             seqsMap.put(seq, seq.getCharAt(mappedCharPos - toStart));
3069             mappedCharPos++;
3070           }
3071           fromCol += (forward ? 1 : -1);
3072         }
3073       }
3074     }
3075     return true;
3076   }
3077
3078   // strictly temporary hack until proper criteria for aligning protein to cds
3079   // are in place; this is so Ensembl -> fetch xrefs Uniprot aligns the Uniprot
3080   public static boolean looksLikeEnsembl(AlignmentI alignment)
3081   {
3082     for (SequenceI seq : alignment.getSequences())
3083     {
3084       String name = seq.getName();
3085       if (!name.startsWith("ENSG") && !name.startsWith("ENST"))
3086       {
3087         return false;
3088       }
3089     }
3090     return true;
3091   }
3092 }