Merge branch 'releases/Release_2_11_3_Branch'
[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 java.util.ArrayList;
24 import java.util.Arrays;
25 import java.util.Collection;
26 import java.util.Collections;
27 import java.util.HashMap;
28 import java.util.HashSet;
29 import java.util.Iterator;
30 import java.util.LinkedHashMap;
31 import java.util.List;
32 import java.util.Locale;
33 import java.util.Map;
34 import java.util.Map.Entry;
35 import java.util.NoSuchElementException;
36 import java.util.Set;
37 import java.util.SortedMap;
38 import java.util.TreeMap;
39
40 import jalview.bin.Console;
41 import jalview.commands.RemoveGapColCommand;
42 import jalview.datamodel.AlignedCodon;
43 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame;
44 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame.SequenceToSequenceMapping;
45 import jalview.datamodel.Alignment;
46 import jalview.datamodel.AlignmentAnnotation;
47 import jalview.datamodel.AlignmentI;
48 import jalview.datamodel.ContactMatrixI;
49 import jalview.datamodel.DBRefEntry;
50 import jalview.datamodel.GeneLociI;
51 import jalview.datamodel.IncompleteCodonException;
52 import jalview.datamodel.Mapping;
53 import jalview.datamodel.Sequence;
54 import jalview.datamodel.SequenceFeature;
55 import jalview.datamodel.SequenceGroup;
56 import jalview.datamodel.SequenceI;
57 import jalview.datamodel.features.SequenceFeatures;
58 import jalview.io.gff.SequenceOntologyI;
59 import jalview.schemes.ResidueProperties;
60 import jalview.util.Comparison;
61 import jalview.util.DBRefUtils;
62 import jalview.util.IntRangeComparator;
63 import jalview.util.MapList;
64 import jalview.util.MappingUtils;
65
66 /**
67  * grab bag of useful alignment manipulation operations Expect these to be
68  * refactored elsewhere at some point.
69  * 
70  * @author jimp
71  * 
72  */
73 public class AlignmentUtils
74 {
75   private static final int CODON_LENGTH = 3;
76
77   private static final String SEQUENCE_VARIANT = "sequence_variant:";
78
79   /*
80    * the 'id' attribute is provided for variant features fetched from
81    * Ensembl using its REST service with JSON format 
82    */
83   public static final String VARIANT_ID = "id";
84
85   /**
86    * A data model to hold the 'normal' base value at a position, and an optional
87    * sequence variant feature
88    */
89   static final class DnaVariant
90   {
91     final String base;
92
93     SequenceFeature variant;
94
95     DnaVariant(String nuc)
96     {
97       base = nuc;
98       variant = null;
99     }
100
101     DnaVariant(String nuc, SequenceFeature var)
102     {
103       base = nuc;
104       variant = var;
105     }
106
107     public String getSource()
108     {
109       return variant == null ? null : variant.getFeatureGroup();
110     }
111
112     /**
113      * toString for aid in the debugger only
114      */
115     @Override
116     public String toString()
117     {
118       return base + ":" + (variant == null ? "" : variant.getDescription());
119     }
120   }
121
122   /**
123    * given an existing alignment, create a new alignment including all, or up to
124    * flankSize additional symbols from each sequence's dataset sequence
125    * 
126    * @param core
127    * @param flankSize
128    * @return AlignmentI
129    */
130   public static AlignmentI expandContext(AlignmentI core, int flankSize)
131   {
132     List<SequenceI> sq = new ArrayList<>();
133     int maxoffset = 0;
134     for (SequenceI s : core.getSequences())
135     {
136       SequenceI newSeq = s.deriveSequence();
137       final int newSeqStart = newSeq.getStart() - 1;
138       if (newSeqStart > maxoffset
139               && newSeq.getDatasetSequence().getStart() < s.getStart())
140       {
141         maxoffset = newSeqStart;
142       }
143       sq.add(newSeq);
144     }
145     if (flankSize > -1)
146     {
147       maxoffset = Math.min(maxoffset, flankSize);
148     }
149
150     /*
151      * now add offset left and right to create an expanded alignment
152      */
153     for (SequenceI s : sq)
154     {
155       SequenceI ds = s;
156       while (ds.getDatasetSequence() != null)
157       {
158         ds = ds.getDatasetSequence();
159       }
160       int s_end = s.findPosition(s.getStart() + s.getLength());
161       // find available flanking residues for sequence
162       int ustream_ds = s.getStart() - ds.getStart();
163       int dstream_ds = ds.getEnd() - s_end;
164
165       // build new flanked sequence
166
167       // compute gap padding to start of flanking sequence
168       int offset = maxoffset - ustream_ds;
169
170       // padding is gapChar x ( maxoffset - min(ustream_ds, flank)
171       if (flankSize >= 0)
172       {
173         if (flankSize < ustream_ds)
174         {
175           // take up to flankSize residues
176           offset = maxoffset - flankSize;
177           ustream_ds = flankSize;
178         }
179         if (flankSize <= dstream_ds)
180         {
181           dstream_ds = flankSize - 1;
182         }
183       }
184       // TODO use Character.toLowerCase to avoid creating String objects?
185       char[] upstream = new String(ds
186               .getSequence(s.getStart() - 1 - ustream_ds, s.getStart() - 1))
187                       .toLowerCase(Locale.ROOT).toCharArray();
188       char[] downstream = new String(
189               ds.getSequence(s_end - 1, s_end + dstream_ds))
190                       .toLowerCase(Locale.ROOT).toCharArray();
191       char[] coreseq = s.getSequence();
192       char[] nseq = new char[offset + upstream.length + downstream.length
193               + coreseq.length];
194       char c = core.getGapCharacter();
195
196       int p = 0;
197       for (; p < offset; p++)
198       {
199         nseq[p] = c;
200       }
201
202       System.arraycopy(upstream, 0, nseq, p, upstream.length);
203       System.arraycopy(coreseq, 0, nseq, p + upstream.length,
204               coreseq.length);
205       System.arraycopy(downstream, 0, nseq,
206               p + coreseq.length + upstream.length, downstream.length);
207       s.setSequence(new String(nseq));
208       s.setStart(s.getStart() - ustream_ds);
209       s.setEnd(s_end + downstream.length);
210     }
211     AlignmentI newAl = new jalview.datamodel.Alignment(
212             sq.toArray(new SequenceI[0]));
213     for (SequenceI s : sq)
214     {
215       if (s.getAnnotation() != null)
216       {
217         for (AlignmentAnnotation aa : s.getAnnotation())
218         {
219           aa.adjustForAlignment(); // JAL-1712 fix
220           newAl.addAnnotation(aa);
221         }
222       }
223     }
224     newAl.setDataset(core.getDataset());
225     return newAl;
226   }
227
228   /**
229    * Returns the index (zero-based position) of a sequence in an alignment, or
230    * -1 if not found.
231    * 
232    * @param al
233    * @param seq
234    * @return
235    */
236   public static int getSequenceIndex(AlignmentI al, SequenceI seq)
237   {
238     int result = -1;
239     int pos = 0;
240     for (SequenceI alSeq : al.getSequences())
241     {
242       if (alSeq == seq)
243       {
244         result = pos;
245         break;
246       }
247       pos++;
248     }
249     return result;
250   }
251
252   /**
253    * Returns a map of lists of sequences in the alignment, keyed by sequence
254    * name. For use in mapping between different alignment views of the same
255    * sequences.
256    * 
257    * @see jalview.datamodel.AlignmentI#getSequencesByName()
258    */
259   public static Map<String, List<SequenceI>> getSequencesByName(
260           AlignmentI al)
261   {
262     Map<String, List<SequenceI>> theMap = new LinkedHashMap<>();
263     for (SequenceI seq : al.getSequences())
264     {
265       String name = seq.getName();
266       if (name != null)
267       {
268         List<SequenceI> seqs = theMap.get(name);
269         if (seqs == null)
270         {
271           seqs = new ArrayList<>();
272           theMap.put(name, seqs);
273         }
274         seqs.add(seq);
275       }
276     }
277     return theMap;
278   }
279
280   /**
281    * Build mapping of protein to cDNA alignment. Mappings are made between
282    * sequences where the cDNA translates to the protein sequence. Any new
283    * mappings are added to the protein alignment. Returns true if any mappings
284    * either already exist or were added, else false.
285    * 
286    * @param proteinAlignment
287    * @param cdnaAlignment
288    * @return
289    */
290   public static boolean mapProteinAlignmentToCdna(
291           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment)
292   {
293     if (proteinAlignment == null || cdnaAlignment == null)
294     {
295       return false;
296     }
297
298     Set<SequenceI> mappedDna = new HashSet<>();
299     Set<SequenceI> mappedProtein = new HashSet<>();
300
301     /*
302      * First pass - map sequences where cross-references exist. This include
303      * 1-to-many mappings to support, for example, variant cDNA.
304      */
305     boolean mappingPerformed = mapProteinToCdna(proteinAlignment,
306             cdnaAlignment, mappedDna, mappedProtein, true);
307
308     /*
309      * Second pass - map sequences where no cross-references exist. This only
310      * does 1-to-1 mappings and assumes corresponding sequences are in the same
311      * order in the alignments.
312      */
313     mappingPerformed |= mapProteinToCdna(proteinAlignment, cdnaAlignment,
314             mappedDna, mappedProtein, false);
315     return mappingPerformed;
316   }
317
318   /**
319    * Make mappings between compatible sequences (where the cDNA translation
320    * matches the protein).
321    * 
322    * @param proteinAlignment
323    * @param cdnaAlignment
324    * @param mappedDna
325    *          a set of mapped DNA sequences (to add to)
326    * @param mappedProtein
327    *          a set of mapped Protein sequences (to add to)
328    * @param xrefsOnly
329    *          if true, only map sequences where xrefs exist
330    * @return
331    */
332   protected static boolean mapProteinToCdna(
333           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment,
334           Set<SequenceI> mappedDna, Set<SequenceI> mappedProtein,
335           boolean xrefsOnly)
336   {
337     boolean mappingExistsOrAdded = false;
338     List<SequenceI> thisSeqs = proteinAlignment.getSequences();
339     for (SequenceI aaSeq : thisSeqs)
340     {
341       boolean proteinMapped = false;
342       AlignedCodonFrame acf = new AlignedCodonFrame();
343
344       for (SequenceI cdnaSeq : cdnaAlignment.getSequences())
345       {
346         /*
347          * Always try to map if sequences have xref to each other; this supports
348          * variant cDNA or alternative splicing for a protein sequence.
349          * 
350          * If no xrefs, try to map progressively, assuming that alignments have
351          * mappable sequences in corresponding order. These are not
352          * many-to-many, as that would risk mixing species with similar cDNA
353          * sequences.
354          */
355         if (xrefsOnly && !AlignmentUtils.haveCrossRef(aaSeq, cdnaSeq))
356         {
357           continue;
358         }
359
360         /*
361          * Don't map non-xrefd sequences more than once each. This heuristic
362          * allows us to pair up similar sequences in ordered alignments.
363          */
364         if (!xrefsOnly && (mappedProtein.contains(aaSeq)
365                 || mappedDna.contains(cdnaSeq)))
366         {
367           continue;
368         }
369         if (mappingExists(proteinAlignment.getCodonFrames(),
370                 aaSeq.getDatasetSequence(), cdnaSeq.getDatasetSequence()))
371         {
372           mappingExistsOrAdded = true;
373         }
374         else
375         {
376           MapList map = mapCdnaToProtein(aaSeq, cdnaSeq);
377           if (map != null)
378           {
379             acf.addMap(cdnaSeq, aaSeq, map);
380             mappingExistsOrAdded = true;
381             proteinMapped = true;
382             mappedDna.add(cdnaSeq);
383             mappedProtein.add(aaSeq);
384           }
385         }
386       }
387       if (proteinMapped)
388       {
389         proteinAlignment.addCodonFrame(acf);
390       }
391     }
392     return mappingExistsOrAdded;
393   }
394
395   /**
396    * Answers true if the mappings include one between the given (dataset)
397    * sequences.
398    */
399   protected static boolean mappingExists(List<AlignedCodonFrame> mappings,
400           SequenceI aaSeq, SequenceI cdnaSeq)
401   {
402     if (mappings != null)
403     {
404       for (AlignedCodonFrame acf : mappings)
405       {
406         if (cdnaSeq == acf.getDnaForAaSeq(aaSeq))
407         {
408           return true;
409         }
410       }
411     }
412     return false;
413   }
414
415   /**
416    * Builds a mapping (if possible) of a cDNA to a protein sequence.
417    * <ul>
418    * <li>first checks if the cdna translates exactly to the protein
419    * sequence</li>
420    * <li>else checks for translation after removing a STOP codon</li>
421    * <li>else checks for translation after removing a START codon</li>
422    * <li>if that fails, inspect CDS features on the cDNA sequence</li>
423    * </ul>
424    * Returns null if no mapping is determined.
425    * 
426    * @param proteinSeq
427    *          the aligned protein sequence
428    * @param cdnaSeq
429    *          the aligned cdna sequence
430    * @return
431    */
432   public static MapList mapCdnaToProtein(SequenceI proteinSeq,
433           SequenceI cdnaSeq)
434   {
435     /*
436      * Here we handle either dataset sequence set (desktop) or absent (applet).
437      * Use only the char[] form of the sequence to avoid creating possibly large
438      * String objects.
439      */
440     final SequenceI proteinDataset = proteinSeq.getDatasetSequence();
441     char[] aaSeqChars = proteinDataset != null
442             ? proteinDataset.getSequence()
443             : proteinSeq.getSequence();
444     final SequenceI cdnaDataset = cdnaSeq.getDatasetSequence();
445     char[] cdnaSeqChars = cdnaDataset != null ? cdnaDataset.getSequence()
446             : cdnaSeq.getSequence();
447     if (aaSeqChars == null || cdnaSeqChars == null)
448     {
449       return null;
450     }
451
452     /*
453      * cdnaStart/End, proteinStartEnd are base 1 (for dataset sequence mapping)
454      */
455     final int mappedLength = CODON_LENGTH * aaSeqChars.length;
456     int cdnaLength = cdnaSeqChars.length;
457     int cdnaStart = cdnaSeq.getStart();
458     int cdnaEnd = cdnaSeq.getEnd();
459     final int proteinStart = proteinSeq.getStart();
460     final int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
461
462     /*
463      * If lengths don't match, try ignoring stop codon (if present)
464      */
465     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2)
466     {
467       String lastCodon = String.valueOf(cdnaSeqChars,
468               cdnaLength - CODON_LENGTH, CODON_LENGTH)
469               .toUpperCase(Locale.ROOT);
470       for (String stop : ResidueProperties.STOP_CODONS)
471       {
472         if (lastCodon.equals(stop))
473         {
474           cdnaEnd -= CODON_LENGTH;
475           cdnaLength -= CODON_LENGTH;
476           break;
477         }
478       }
479     }
480
481     /*
482      * If lengths still don't match, try ignoring start codon.
483      */
484     int startOffset = 0;
485     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2
486             && String.valueOf(cdnaSeqChars, 0, CODON_LENGTH)
487                     .toUpperCase(Locale.ROOT)
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         // jalview.bin.Console.outPrintln(("Mismatch at " + i + "/" + aaResidue
551         // + ": "
552         // + codon + "(" + translated + ") != " + aaRes));
553         return false;
554       }
555     }
556
557     /*
558      * check we matched all of the protein sequence
559      */
560     if (aaPos != aaSeqChars.length)
561     {
562       return false;
563     }
564
565     /*
566      * check we matched all of the dna except
567      * for optional trailing STOP codon
568      */
569     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length)
570     {
571       return true;
572     }
573     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length - CODON_LENGTH)
574     {
575       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
576       if (ResidueProperties.STOP
577               .equals(ResidueProperties.codonTranslate(codon)))
578       {
579         return true;
580       }
581     }
582     return false;
583   }
584
585   /**
586    * Align sequence 'seq' to match the alignment of a mapped sequence. Note this
587    * currently assumes that we are aligning cDNA to match protein.
588    * 
589    * @param seq
590    *          the sequence to be realigned
591    * @param al
592    *          the alignment whose sequence alignment is to be 'copied'
593    * @param gap
594    *          character string represent a gap in the realigned sequence
595    * @param preserveUnmappedGaps
596    * @param preserveMappedGaps
597    * @return true if the sequence was realigned, false if it could not be
598    */
599   public static boolean alignSequenceAs(SequenceI seq, AlignmentI al,
600           String gap, boolean preserveMappedGaps,
601           boolean preserveUnmappedGaps)
602   {
603     /*
604      * Get any mappings from the source alignment to the target (dataset)
605      * sequence.
606      */
607     // TODO there may be one AlignedCodonFrame per dataset sequence, or one with
608     // all mappings. Would it help to constrain this?
609     List<AlignedCodonFrame> mappings = al.getCodonFrame(seq);
610     if (mappings == null || mappings.isEmpty())
611     {
612       return false;
613     }
614
615     /*
616      * Locate the aligned source sequence whose dataset sequence is mapped. We
617      * just take the first match here (as we can't align like more than one
618      * sequence).
619      */
620     SequenceI alignFrom = null;
621     AlignedCodonFrame mapping = null;
622     for (AlignedCodonFrame mp : mappings)
623     {
624       alignFrom = mp.findAlignedSequence(seq, al);
625       if (alignFrom != null)
626       {
627         mapping = mp;
628         break;
629       }
630     }
631
632     if (alignFrom == null)
633     {
634       return false;
635     }
636     alignSequenceAs(seq, alignFrom, mapping, gap, al.getGapCharacter(),
637             preserveMappedGaps, preserveUnmappedGaps);
638     return true;
639   }
640
641   /**
642    * Align sequence 'alignTo' the same way as 'alignFrom', using the mapping to
643    * match residues and codons. Flags control whether existing gaps in unmapped
644    * (intron) and mapped (exon) regions are preserved or not. Gaps between
645    * intron and exon are only retained if both flags are set.
646    * 
647    * @param alignTo
648    * @param alignFrom
649    * @param mapping
650    * @param myGap
651    * @param sourceGap
652    * @param preserveUnmappedGaps
653    * @param preserveMappedGaps
654    */
655   public static void alignSequenceAs(SequenceI alignTo, SequenceI alignFrom,
656           AlignedCodonFrame mapping, String myGap, char sourceGap,
657           boolean preserveMappedGaps, boolean preserveUnmappedGaps)
658   {
659     // TODO generalise to work for Protein-Protein, dna-dna, dna-protein
660
661     // aligned and dataset sequence positions, all base zero
662     int thisSeqPos = 0;
663     int sourceDsPos = 0;
664
665     int basesWritten = 0;
666     char myGapChar = myGap.charAt(0);
667     int ratio = myGap.length();
668
669     int fromOffset = alignFrom.getStart() - 1;
670     int toOffset = alignTo.getStart() - 1;
671     int sourceGapMappedLength = 0;
672     boolean inExon = false;
673     final int toLength = alignTo.getLength();
674     final int fromLength = alignFrom.getLength();
675     StringBuilder thisAligned = new StringBuilder(2 * toLength);
676
677     /*
678      * Traverse the 'model' aligned sequence
679      */
680     for (int i = 0; i < fromLength; i++)
681     {
682       char sourceChar = alignFrom.getCharAt(i);
683       if (sourceChar == sourceGap)
684       {
685         sourceGapMappedLength += ratio;
686         continue;
687       }
688
689       /*
690        * Found a non-gap character. Locate its mapped region if any.
691        */
692       sourceDsPos++;
693       // Note mapping positions are base 1, our sequence positions base 0
694       int[] mappedPos = mapping.getMappedRegion(alignTo, alignFrom,
695               sourceDsPos + fromOffset);
696       if (mappedPos == null)
697       {
698         /*
699          * unmapped position; treat like a gap
700          */
701         sourceGapMappedLength += ratio;
702         // jalview.bin.Console.errPrintln("Can't align: no codon mapping to
703         // residue "
704         // + sourceDsPos + "(" + sourceChar + ")");
705         // return;
706         continue;
707       }
708
709       int mappedCodonStart = mappedPos[0]; // position (1...) of codon start
710       int mappedCodonEnd = mappedPos[mappedPos.length - 1]; // codon end pos
711       StringBuilder trailingCopiedGap = new StringBuilder();
712
713       /*
714        * Copy dna sequence up to and including this codon. Optionally, include
715        * gaps before the codon starts (in introns) and/or after the codon starts
716        * (in exons).
717        * 
718        * Note this only works for 'linear' splicing, not reverse or interleaved.
719        * But then 'align dna as protein' doesn't make much sense otherwise.
720        */
721       int intronLength = 0;
722       while (basesWritten + toOffset < mappedCodonEnd
723               && thisSeqPos < toLength)
724       {
725         final char c = alignTo.getCharAt(thisSeqPos++);
726         if (c != myGapChar)
727         {
728           basesWritten++;
729           int sourcePosition = basesWritten + toOffset;
730           if (sourcePosition < mappedCodonStart)
731           {
732             /*
733              * Found an unmapped (intron) base. First add in any preceding gaps
734              * (if wanted).
735              */
736             if (preserveUnmappedGaps && trailingCopiedGap.length() > 0)
737             {
738               thisAligned.append(trailingCopiedGap.toString());
739               intronLength += trailingCopiedGap.length();
740               trailingCopiedGap = new StringBuilder();
741             }
742             intronLength++;
743             inExon = false;
744           }
745           else
746           {
747             final boolean startOfCodon = sourcePosition == mappedCodonStart;
748             int gapsToAdd = calculateGapsToInsert(preserveMappedGaps,
749                     preserveUnmappedGaps, sourceGapMappedLength, inExon,
750                     trailingCopiedGap.length(), intronLength, startOfCodon);
751             for (int k = 0; k < gapsToAdd; k++)
752             {
753               thisAligned.append(myGapChar);
754             }
755             sourceGapMappedLength = 0;
756             inExon = true;
757           }
758           thisAligned.append(c);
759           trailingCopiedGap = new StringBuilder();
760         }
761         else
762         {
763           if (inExon && preserveMappedGaps)
764           {
765             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
766           }
767           else if (!inExon && preserveUnmappedGaps)
768           {
769             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
770           }
771         }
772       }
773     }
774
775     /*
776      * At end of model aligned sequence. Copy any remaining target sequence, optionally
777      * including (intron) gaps.
778      */
779     while (thisSeqPos < toLength)
780     {
781       final char c = alignTo.getCharAt(thisSeqPos++);
782       if (c != myGapChar || preserveUnmappedGaps)
783       {
784         thisAligned.append(c);
785       }
786       sourceGapMappedLength--;
787     }
788
789     /*
790      * finally add gaps to pad for any trailing source gaps or
791      * unmapped characters
792      */
793     if (preserveUnmappedGaps)
794     {
795       while (sourceGapMappedLength > 0)
796       {
797         thisAligned.append(myGapChar);
798         sourceGapMappedLength--;
799       }
800     }
801
802     /*
803      * All done aligning, set the aligned sequence.
804      */
805     alignTo.setSequence(new String(thisAligned));
806   }
807
808   /**
809    * Helper method to work out how many gaps to insert when realigning.
810    * 
811    * @param preserveMappedGaps
812    * @param preserveUnmappedGaps
813    * @param sourceGapMappedLength
814    * @param inExon
815    * @param trailingCopiedGap
816    * @param intronLength
817    * @param startOfCodon
818    * @return
819    */
820   protected static int calculateGapsToInsert(boolean preserveMappedGaps,
821           boolean preserveUnmappedGaps, int sourceGapMappedLength,
822           boolean inExon, int trailingGapLength, int intronLength,
823           final boolean startOfCodon)
824   {
825     int gapsToAdd = 0;
826     if (startOfCodon)
827     {
828       /*
829        * Reached start of codon. Ignore trailing gaps in intron unless we are
830        * preserving gaps in both exon and intron. Ignore them anyway if the
831        * protein alignment introduces a gap at least as large as the intronic
832        * region.
833        */
834       if (inExon && !preserveMappedGaps)
835       {
836         trailingGapLength = 0;
837       }
838       if (!inExon && !(preserveMappedGaps && preserveUnmappedGaps))
839       {
840         trailingGapLength = 0;
841       }
842       if (inExon)
843       {
844         gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
845       }
846       else
847       {
848         if (intronLength + trailingGapLength <= sourceGapMappedLength)
849         {
850           gapsToAdd = sourceGapMappedLength - intronLength;
851         }
852         else
853         {
854           gapsToAdd = Math.min(
855                   intronLength + trailingGapLength - sourceGapMappedLength,
856                   trailingGapLength);
857         }
858       }
859     }
860     else
861     {
862       /*
863        * second or third base of codon; check for any gaps in dna
864        */
865       if (!preserveMappedGaps)
866       {
867         trailingGapLength = 0;
868       }
869       gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
870     }
871     return gapsToAdd;
872   }
873
874   /**
875    * Realigns the given protein to match the alignment of the dna, using codon
876    * mappings to translate aligned codon positions to protein residues.
877    * 
878    * @param protein
879    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
880    * @param dna
881    *          the dna alignment whose alignment we are 'copying'
882    * @return the number of sequences that were realigned
883    */
884   public static int alignProteinAsDna(AlignmentI protein, AlignmentI dna)
885   {
886     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
887     {
888       jalview.bin.Console
889               .errPrintln("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
890       return 0;
891     }
892     List<SequenceI> unmappedProtein = new ArrayList<>();
893     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = buildCodonColumnsMap(
894             protein, dna, unmappedProtein);
895     return alignProteinAs(protein, alignedCodons, unmappedProtein);
896   }
897
898   /**
899    * Realigns the given dna to match the alignment of the protein, using codon
900    * mappings to translate aligned peptide positions to codons.
901    * 
902    * Always produces a padded CDS alignment.
903    * 
904    * @param dna
905    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
906    * @param protein
907    *          the protein alignment whose alignment we are 'copying'
908    * @return the number of sequences that were realigned
909    */
910   public static int alignCdsAsProtein(AlignmentI dna, AlignmentI protein)
911   {
912     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
913     {
914       jalview.bin.Console
915               .errPrintln("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
916       return 0;
917     }
918     // todo: implement this
919     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
920     int alignedCount = 0;
921     int width = 0; // alignment width for padding CDS
922     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
923     {
924       if (alignCdsSequenceAsProtein(dnaSeq, protein, mappings,
925               dna.getGapCharacter()))
926       {
927         alignedCount++;
928       }
929       width = Math.max(dnaSeq.getLength(), width);
930     }
931     int oldwidth;
932     int diff;
933     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
934     {
935       oldwidth = dnaSeq.getLength();
936       diff = width - oldwidth;
937       if (diff > 0)
938       {
939         dnaSeq.insertCharAt(oldwidth, diff, dna.getGapCharacter());
940       }
941     }
942     return alignedCount;
943   }
944
945   /**
946    * Helper method to align (if possible) the dna sequence to match the
947    * alignment of a mapped protein sequence. This is currently limited to
948    * handling coding sequence only.
949    * 
950    * @param cdsSeq
951    * @param protein
952    * @param mappings
953    * @param gapChar
954    * @return
955    */
956   static boolean alignCdsSequenceAsProtein(SequenceI cdsSeq,
957           AlignmentI protein, List<AlignedCodonFrame> mappings,
958           char gapChar)
959   {
960     SequenceI cdsDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
961     if (cdsDss == null)
962     {
963       System.err
964               .println("alignCdsSequenceAsProtein needs aligned sequence!");
965       return false;
966     }
967
968     List<AlignedCodonFrame> dnaMappings = MappingUtils
969             .findMappingsForSequence(cdsSeq, mappings);
970     for (AlignedCodonFrame mapping : dnaMappings)
971     {
972       SequenceI peptide = mapping.findAlignedSequence(cdsSeq, protein);
973       if (peptide != null)
974       {
975         final int peptideLength = peptide.getLength();
976         Mapping map = mapping.getMappingBetween(cdsSeq, peptide);
977         if (map != null)
978         {
979           MapList mapList = map.getMap();
980           if (map.getTo() == peptide.getDatasetSequence())
981           {
982             mapList = mapList.getInverse();
983           }
984           final int cdsLength = cdsDss.getLength();
985           int mappedFromLength = MappingUtils
986                   .getLength(mapList.getFromRanges());
987           int mappedToLength = MappingUtils
988                   .getLength(mapList.getToRanges());
989           boolean addStopCodon = (cdsLength == mappedFromLength
990                   * CODON_LENGTH + CODON_LENGTH)
991                   || (peptide.getDatasetSequence()
992                           .getLength() == mappedFromLength - 1);
993           if (cdsLength != mappedToLength && !addStopCodon)
994           {
995             jalview.bin.Console.errPrintln(String.format(
996                     "Can't align cds as protein (length mismatch %d/%d): %s",
997                     cdsLength, mappedToLength, cdsSeq.getName()));
998           }
999
1000           /*
1001            * pre-fill the aligned cds sequence with gaps
1002            */
1003           char[] alignedCds = new char[peptideLength * CODON_LENGTH
1004                   + (addStopCodon ? CODON_LENGTH : 0)];
1005           Arrays.fill(alignedCds, gapChar);
1006
1007           /*
1008            * walk over the aligned peptide sequence and insert mapped 
1009            * codons for residues in the aligned cds sequence 
1010            */
1011           int copiedBases = 0;
1012           int cdsStart = cdsDss.getStart();
1013           int proteinPos = peptide.getStart() - 1;
1014           int cdsCol = 0;
1015
1016           for (int col = 0; col < peptideLength; col++)
1017           {
1018             char residue = peptide.getCharAt(col);
1019
1020             if (Comparison.isGap(residue))
1021             {
1022               cdsCol += CODON_LENGTH;
1023             }
1024             else
1025             {
1026               proteinPos++;
1027               int[] codon = mapList.locateInTo(proteinPos, proteinPos);
1028               if (codon == null)
1029               {
1030                 // e.g. incomplete start codon, X in peptide
1031                 cdsCol += CODON_LENGTH;
1032               }
1033               else
1034               {
1035                 for (int j = codon[0]; j <= codon[1]; j++)
1036                 {
1037                   char mappedBase = cdsDss.getCharAt(j - cdsStart);
1038                   alignedCds[cdsCol++] = mappedBase;
1039                   copiedBases++;
1040                 }
1041               }
1042             }
1043           }
1044
1045           /*
1046            * append stop codon if not mapped from protein,
1047            * closing it up to the end of the mapped sequence
1048            */
1049           if (copiedBases == cdsLength - CODON_LENGTH)
1050           {
1051             for (int i = alignedCds.length - 1; i >= 0; i--)
1052             {
1053               if (!Comparison.isGap(alignedCds[i]))
1054               {
1055                 cdsCol = i + 1; // gap just after end of sequence
1056                 break;
1057               }
1058             }
1059             for (int i = cdsLength - CODON_LENGTH; i < cdsLength; i++)
1060             {
1061               alignedCds[cdsCol++] = cdsDss.getCharAt(i);
1062             }
1063           }
1064           cdsSeq.setSequence(new String(alignedCds));
1065           return true;
1066         }
1067       }
1068     }
1069     return false;
1070   }
1071
1072   /**
1073    * Builds a map whose key is an aligned codon position (3 alignment column
1074    * numbers base 0), and whose value is a map from protein sequence to each
1075    * protein's peptide residue for that codon. The map generates an ordering of
1076    * the codons, and allows us to read off the peptides at each position in
1077    * order to assemble 'aligned' protein sequences.
1078    * 
1079    * @param protein
1080    *          the protein alignment
1081    * @param dna
1082    *          the coding dna alignment
1083    * @param unmappedProtein
1084    *          any unmapped proteins are added to this list
1085    * @return
1086    */
1087   protected static Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> buildCodonColumnsMap(
1088           AlignmentI protein, AlignmentI dna,
1089           List<SequenceI> unmappedProtein)
1090   {
1091     /*
1092      * maintain a list of any proteins with no mappings - these will be
1093      * rendered 'as is' in the protein alignment as we can't align them
1094      */
1095     unmappedProtein.addAll(protein.getSequences());
1096
1097     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1098
1099     /*
1100      * Map will hold, for each aligned codon position e.g. [3, 5, 6], a map of
1101      * {dnaSequence, {proteinSequence, codonProduct}} at that position. The
1102      * comparator keeps the codon positions ordered.
1103      */
1104     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = new TreeMap<>(
1105             new CodonComparator());
1106
1107     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1108     {
1109       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1110       {
1111         SequenceI prot = mapping.findAlignedSequence(dnaSeq, protein);
1112         if (prot != null)
1113         {
1114           Mapping seqMap = mapping.getMappingForSequence(dnaSeq);
1115           addCodonPositions(dnaSeq, prot, protein.getGapCharacter(), seqMap,
1116                   alignedCodons);
1117           unmappedProtein.remove(prot);
1118         }
1119       }
1120     }
1121
1122     /*
1123      * Finally add any unmapped peptide start residues (e.g. for incomplete
1124      * codons) as if at the codon position before the second residue
1125      */
1126     // TODO resolve JAL-2022 so this fudge can be removed
1127     int mappedSequenceCount = protein.getHeight() - unmappedProtein.size();
1128     addUnmappedPeptideStarts(alignedCodons, mappedSequenceCount);
1129
1130     return alignedCodons;
1131   }
1132
1133   /**
1134    * Scans for any protein mapped from position 2 (meaning unmapped start
1135    * position e.g. an incomplete codon), and synthesizes a 'codon' for it at the
1136    * preceding position in the alignment
1137    * 
1138    * @param alignedCodons
1139    *          the codon-to-peptide map
1140    * @param mappedSequenceCount
1141    *          the number of distinct sequences in the map
1142    */
1143   protected static void addUnmappedPeptideStarts(
1144           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1145           int mappedSequenceCount)
1146   {
1147     // TODO delete this ugly hack once JAL-2022 is resolved
1148     // i.e. we can model startPhase > 0 (incomplete start codon)
1149
1150     List<SequenceI> sequencesChecked = new ArrayList<>();
1151     AlignedCodon lastCodon = null;
1152     Map<SequenceI, AlignedCodon> toAdd = new HashMap<>();
1153
1154     for (Entry<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> entry : alignedCodons
1155             .entrySet())
1156     {
1157       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> sequenceCodon : entry.getValue()
1158               .entrySet())
1159       {
1160         SequenceI seq = sequenceCodon.getKey();
1161         if (sequencesChecked.contains(seq))
1162         {
1163           continue;
1164         }
1165         sequencesChecked.add(seq);
1166         AlignedCodon codon = sequenceCodon.getValue();
1167         if (codon.peptideCol > 1)
1168         {
1169           jalview.bin.Console.errPrintln(
1170                   "Problem mapping protein with >1 unmapped start positions: "
1171                           + seq.getName());
1172         }
1173         else if (codon.peptideCol == 1)
1174         {
1175           /*
1176            * first position (peptideCol == 0) was unmapped - add it
1177            */
1178           if (lastCodon != null)
1179           {
1180             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(lastCodon.pos1,
1181                     lastCodon.pos2, lastCodon.pos3,
1182                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1183             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1184           }
1185           else
1186           {
1187             /*
1188              * unmapped residue at start of alignment (no prior column) -
1189              * 'insert' at nominal codon [0, 0, 0]
1190              */
1191             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(0, 0, 0,
1192                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1193             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1194           }
1195         }
1196         if (sequencesChecked.size() == mappedSequenceCount)
1197         {
1198           // no need to check past first mapped position in all sequences
1199           break;
1200         }
1201       }
1202       lastCodon = entry.getKey();
1203     }
1204
1205     /*
1206      * add any new codons safely after iterating over the map
1207      */
1208     for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> startCodon : toAdd.entrySet())
1209     {
1210       addCodonToMap(alignedCodons, startCodon.getValue(),
1211               startCodon.getKey());
1212     }
1213   }
1214
1215   /**
1216    * Update the aligned protein sequences to match the codon alignments given in
1217    * the map.
1218    * 
1219    * @param protein
1220    * @param alignedCodons
1221    *          an ordered map of codon positions (columns), with sequence/peptide
1222    *          values present in each column
1223    * @param unmappedProtein
1224    * @return
1225    */
1226   protected static int alignProteinAs(AlignmentI protein,
1227           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1228           List<SequenceI> unmappedProtein)
1229   {
1230     /*
1231      * prefill peptide sequences with gaps 
1232      */
1233     int alignedWidth = alignedCodons.size();
1234     char[] gaps = new char[alignedWidth];
1235     Arrays.fill(gaps, protein.getGapCharacter());
1236     Map<SequenceI, char[]> peptides = new HashMap<>();
1237     for (SequenceI seq : protein.getSequences())
1238     {
1239       if (!unmappedProtein.contains(seq))
1240       {
1241         peptides.put(seq, Arrays.copyOf(gaps, gaps.length));
1242       }
1243     }
1244
1245     /*
1246      * Traverse the codons left to right (as defined by CodonComparator)
1247      * and insert peptides in each column where the sequence is mapped.
1248      * This gives a peptide 'alignment' where residues are aligned if their
1249      * corresponding codons occupy the same columns in the cdna alignment.
1250      */
1251     int column = 0;
1252     for (AlignedCodon codon : alignedCodons.keySet())
1253     {
1254       final Map<SequenceI, AlignedCodon> columnResidues = alignedCodons
1255               .get(codon);
1256       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> entry : columnResidues.entrySet())
1257       {
1258         char residue = entry.getValue().product.charAt(0);
1259         peptides.get(entry.getKey())[column] = residue;
1260       }
1261       column++;
1262     }
1263
1264     /*
1265      * and finally set the constructed sequences
1266      */
1267     for (Entry<SequenceI, char[]> entry : peptides.entrySet())
1268     {
1269       entry.getKey().setSequence(new String(entry.getValue()));
1270     }
1271
1272     return 0;
1273   }
1274
1275   /**
1276    * Populate the map of aligned codons by traversing the given sequence
1277    * mapping, locating the aligned positions of mapped codons, and adding those
1278    * positions and their translation products to the map.
1279    * 
1280    * @param dna
1281    *          the aligned sequence we are mapping from
1282    * @param protein
1283    *          the sequence to be aligned to the codons
1284    * @param gapChar
1285    *          the gap character in the dna sequence
1286    * @param seqMap
1287    *          a mapping to a sequence translation
1288    * @param alignedCodons
1289    *          the map we are building up
1290    */
1291   static void addCodonPositions(SequenceI dna, SequenceI protein,
1292           char gapChar, Mapping seqMap,
1293           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons)
1294   {
1295     Iterator<AlignedCodon> codons = seqMap.getCodonIterator(dna, gapChar);
1296
1297     /*
1298      * add codon positions, and their peptide translations, to the alignment
1299      * map, while remembering the first codon mapped
1300      */
1301     while (codons.hasNext())
1302     {
1303       try
1304       {
1305         AlignedCodon codon = codons.next();
1306         addCodonToMap(alignedCodons, codon, protein);
1307       } catch (IncompleteCodonException e)
1308       {
1309         // possible incomplete trailing codon - ignore
1310       } catch (NoSuchElementException e)
1311       {
1312         // possibly peptide lacking STOP
1313       }
1314     }
1315   }
1316
1317   /**
1318    * Helper method to add a codon-to-peptide entry to the aligned codons map
1319    * 
1320    * @param alignedCodons
1321    * @param codon
1322    * @param protein
1323    */
1324   protected static void addCodonToMap(
1325           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1326           AlignedCodon codon, SequenceI protein)
1327   {
1328     Map<SequenceI, AlignedCodon> seqProduct = alignedCodons.get(codon);
1329     if (seqProduct == null)
1330     {
1331       seqProduct = new HashMap<>();
1332       alignedCodons.put(codon, seqProduct);
1333     }
1334     seqProduct.put(protein, codon);
1335   }
1336
1337   /**
1338    * Returns true if a cDNA/Protein mapping either exists, or could be made,
1339    * between at least one pair of sequences in the two alignments. Currently,
1340    * the logic is:
1341    * <ul>
1342    * <li>One alignment must be nucleotide, and the other protein</li>
1343    * <li>At least one pair of sequences must be already mapped, or mappable</li>
1344    * <li>Mappable means the nucleotide translation matches the protein
1345    * sequence</li>
1346    * <li>The translation may ignore start and stop codons if present in the
1347    * nucleotide</li>
1348    * </ul>
1349    * 
1350    * @param al1
1351    * @param al2
1352    * @return
1353    */
1354   public static boolean isMappable(AlignmentI al1, AlignmentI al2)
1355   {
1356     if (al1 == null || al2 == null)
1357     {
1358       return false;
1359     }
1360
1361     /*
1362      * Require one nucleotide and one protein
1363      */
1364     if (al1.isNucleotide() == al2.isNucleotide())
1365     {
1366       return false;
1367     }
1368     AlignmentI dna = al1.isNucleotide() ? al1 : al2;
1369     AlignmentI protein = dna == al1 ? al2 : al1;
1370     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1371     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1372     {
1373       for (SequenceI proteinSeq : protein.getSequences())
1374       {
1375         if (isMappable(dnaSeq, proteinSeq, mappings))
1376         {
1377           return true;
1378         }
1379       }
1380     }
1381     return false;
1382   }
1383
1384   /**
1385    * Returns true if the dna sequence is mapped, or could be mapped, to the
1386    * protein sequence.
1387    * 
1388    * @param dnaSeq
1389    * @param proteinSeq
1390    * @param mappings
1391    * @return
1392    */
1393   protected static boolean isMappable(SequenceI dnaSeq,
1394           SequenceI proteinSeq, List<AlignedCodonFrame> mappings)
1395   {
1396     if (dnaSeq == null || proteinSeq == null)
1397     {
1398       return false;
1399     }
1400
1401     SequenceI dnaDs = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1402             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1403     SequenceI proteinDs = proteinSeq.getDatasetSequence() == null
1404             ? proteinSeq
1405             : proteinSeq.getDatasetSequence();
1406
1407     for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1408     {
1409       if (proteinDs == mapping.getAaForDnaSeq(dnaDs))
1410       {
1411         /*
1412          * already mapped
1413          */
1414         return true;
1415       }
1416     }
1417
1418     /*
1419      * Just try to make a mapping (it is not yet stored), test whether
1420      * successful.
1421      */
1422     return mapCdnaToProtein(proteinDs, dnaDs) != null;
1423   }
1424
1425   /**
1426    * Finds any reference annotations associated with the sequences in
1427    * sequenceScope, that are not already added to the alignment, and adds them
1428    * to the 'candidates' map. Also populates a lookup table of annotation
1429    * labels, keyed by calcId, for use in constructing tooltips or the like.
1430    * 
1431    * @param sequenceScope
1432    *          the sequences to scan for reference annotations
1433    * @param labelForCalcId
1434    *          (optional) map to populate with label for calcId
1435    * @param candidates
1436    *          map to populate with annotations for sequence
1437    * @param al
1438    *          the alignment to check for presence of annotations
1439    */
1440   public static void findAddableReferenceAnnotations(
1441           List<SequenceI> sequenceScope, Map<String, String> labelForCalcId,
1442           final Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> candidates,
1443           AlignmentI al)
1444   {
1445     if (sequenceScope == null)
1446     {
1447       return;
1448     }
1449
1450     /*
1451      * For each sequence in scope, make a list of any annotations on the
1452      * underlying dataset sequence which are not already on the alignment.
1453      * 
1454      * Add to a map of { alignmentSequence, <List of annotations to add> }
1455      */
1456     for (SequenceI seq : sequenceScope)
1457     {
1458       SequenceI dataset = seq.getDatasetSequence();
1459       if (dataset == null)
1460       {
1461         continue;
1462       }
1463       AlignmentAnnotation[] datasetAnnotations = dataset.getAnnotation();
1464       if (datasetAnnotations == null)
1465       {
1466         continue;
1467       }
1468       final List<AlignmentAnnotation> result = new ArrayList<>();
1469       for (AlignmentAnnotation dsann : datasetAnnotations)
1470       {
1471         /*
1472          * Find matching annotations on the alignment. If none is found, then
1473          * add this annotation to the list of 'addable' annotations for this
1474          * sequence.
1475          */
1476         final Iterable<AlignmentAnnotation> matchedAlignmentAnnotations = al
1477                 .findAnnotations(seq, dsann.getCalcId(), dsann.label);
1478         boolean found = false;
1479         if (matchedAlignmentAnnotations != null)
1480         {
1481           for (AlignmentAnnotation matched : matchedAlignmentAnnotations)
1482           {
1483             if (dsann.description.equals(matched.description))
1484             {
1485               found = true;
1486               break;
1487             }
1488           }
1489         }
1490         if (!found)
1491         {
1492           result.add(dsann);
1493           if (labelForCalcId != null)
1494           {
1495             labelForCalcId.put(dsann.getCalcId(), dsann.label);
1496           }
1497         }
1498       }
1499       /*
1500        * Save any addable annotations for this sequence
1501        */
1502       if (!result.isEmpty())
1503       {
1504         candidates.put(seq, result);
1505       }
1506     }
1507   }
1508
1509   /**
1510    * Adds annotations to the top of the alignment annotations, in the same order
1511    * as their related sequences. If you already have an annotation and want to
1512    * add it to a sequence in an alignment use {@code addReferenceAnnotationTo}
1513    * 
1514    * @param annotations
1515    *          the annotations to add
1516    * @param alignment
1517    *          the alignment to add them to
1518    * @param selectionGroup
1519    *          current selection group - may be null, if provided then any added
1520    *          annotation will be trimmed to just those columns in the selection
1521    *          group
1522    */
1523   public static void addReferenceAnnotations(
1524           Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> annotations,
1525           final AlignmentI alignment, final SequenceGroup selectionGroup)
1526   {
1527     for (SequenceI seq : annotations.keySet())
1528     {
1529       for (AlignmentAnnotation ann : annotations.get(seq))
1530       {
1531         addReferenceAnnotationTo(alignment, seq, ann, selectionGroup);
1532       }
1533     }
1534   }
1535
1536   /**
1537    * Make a copy of a reference annotation {@code ann} and add it to an
1538    * alignment sequence {@code seq} in {@code alignment}, optionally limited to
1539    * the extent of {@code selectionGroup}
1540    * 
1541    * @param alignment
1542    * @param seq
1543    * @param ann
1544    * @param selectionGroup
1545    *          current selection group - may be null, if provided then any added
1546    *          annotation will be trimmed to just those columns in the selection
1547    *          group
1548    * @return annotation added to {@code seq and {@code alignment}
1549    */
1550   public static AlignmentAnnotation addReferenceAnnotationTo(
1551           final AlignmentI alignment, final SequenceI seq,
1552           final AlignmentAnnotation ann, final SequenceGroup selectionGroup)
1553   {
1554     AlignmentAnnotation copyAnn = new AlignmentAnnotation(ann);
1555     int startRes = 0;
1556     int endRes = ann.annotations.length;
1557     if (selectionGroup != null)
1558     {
1559       startRes = -1 + Math.min(seq.getEnd(), Math.max(seq.getStart(),
1560               seq.findPosition(selectionGroup.getStartRes())));
1561       endRes = -1 + Math.min(seq.getEnd(),
1562               seq.findPosition(selectionGroup.getEndRes()));
1563
1564     }
1565     copyAnn.restrict(startRes, endRes + 0);
1566
1567     /*
1568      * Add to the sequence (sets copyAnn.datasetSequence), unless the
1569      * original annotation is already on the sequence.
1570      */
1571     if (!seq.hasAnnotation(ann))
1572     {
1573       ContactMatrixI cm = seq.getDatasetSequence().getContactMatrixFor(ann);
1574       if (cm != null)
1575       {
1576         seq.addContactListFor(copyAnn, cm);
1577       }
1578       seq.addAlignmentAnnotation(copyAnn);
1579     }
1580     // adjust for gaps
1581     copyAnn.adjustForAlignment();
1582     // add to the alignment and set visible
1583     alignment.addAnnotation(copyAnn);
1584     copyAnn.visible = true;
1585
1586     return copyAnn;
1587   }
1588
1589   /**
1590    * Set visibility of alignment annotations of specified types (labels), for
1591    * specified sequences. This supports controls like "Show all secondary
1592    * structure", "Hide all Temp factor", etc.
1593    * 
1594    * @al the alignment to scan for annotations
1595    * @param types
1596    *          the types (labels) of annotations to be updated
1597    * @param forSequences
1598    *          if not null, only annotations linked to one of these sequences are
1599    *          in scope for update; if null, acts on all sequence annotations
1600    * @param anyType
1601    *          if this flag is true, 'types' is ignored (label not checked)
1602    * @param doShow
1603    *          if true, set visibility on, else set off
1604    */
1605   public static void showOrHideSequenceAnnotations(AlignmentI al,
1606           Collection<String> types, List<SequenceI> forSequences,
1607           boolean anyType, boolean doShow)
1608   {
1609     AlignmentAnnotation[] anns = al.getAlignmentAnnotation();
1610     if (anns != null)
1611     {
1612       for (AlignmentAnnotation aa : anns)
1613       {
1614         if (anyType || types.contains(aa.label))
1615         {
1616           if ((aa.sequenceRef != null) && (forSequences == null
1617                   || forSequences.contains(aa.sequenceRef)))
1618           {
1619             aa.visible = doShow;
1620           }
1621         }
1622       }
1623     }
1624   }
1625
1626   public static AlignmentAnnotation getFirstSequenceAnnotationOfType(
1627           AlignmentI al, int graphType)
1628   {
1629     AlignmentAnnotation[] anns = al.getAlignmentAnnotation();
1630     if (anns != null)
1631     {
1632       for (AlignmentAnnotation aa : anns)
1633       {
1634         if (aa.sequenceRef != null && aa.graph == graphType)
1635           return aa;
1636       }
1637     }
1638     return null;
1639   }
1640
1641   /**
1642    * Returns true if either sequence has a cross-reference to the other
1643    * 
1644    * @param seq1
1645    * @param seq2
1646    * @return
1647    */
1648   public static boolean haveCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1649   {
1650     // Note: moved here from class CrossRef as the latter class has dependencies
1651     // not availability to the applet's classpath
1652     return hasCrossRef(seq1, seq2) || hasCrossRef(seq2, seq1);
1653   }
1654
1655   /**
1656    * Returns true if seq1 has a cross-reference to seq2. Currently this assumes
1657    * that sequence name is structured as Source|AccessionId.
1658    * 
1659    * @param seq1
1660    * @param seq2
1661    * @return
1662    */
1663   public static boolean hasCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1664   {
1665     if (seq1 == null || seq2 == null)
1666     {
1667       return false;
1668     }
1669     String name = seq2.getName();
1670     final List<DBRefEntry> xrefs = seq1.getDBRefs();
1671     if (xrefs != null)
1672     {
1673       for (int ix = 0, nx = xrefs.size(); ix < nx; ix++)
1674       {
1675         DBRefEntry xref = xrefs.get(ix);
1676         String xrefName = xref.getSource() + "|" + xref.getAccessionId();
1677         // case-insensitive test, consistent with DBRefEntry.equalRef()
1678         if (xrefName.equalsIgnoreCase(name))
1679         {
1680           return true;
1681         }
1682       }
1683     }
1684     return false;
1685   }
1686
1687   /**
1688    * Constructs an alignment consisting of the mapped (CDS) regions in the given
1689    * nucleotide sequences, and updates mappings to match. The CDS sequences are
1690    * added to the original alignment's dataset, which is shared by the new
1691    * alignment. Mappings from nucleotide to CDS, and from CDS to protein, are
1692    * added to the alignment dataset.
1693    * 
1694    * @param dna
1695    *          aligned nucleotide (dna or cds) sequences
1696    * @param dataset
1697    *          the alignment dataset the sequences belong to
1698    * @param products
1699    *          (optional) to restrict results to CDS that map to specified
1700    *          protein products
1701    * @return an alignment whose sequences are the cds-only parts of the dna
1702    *         sequences (or null if no mappings are found)
1703    */
1704   public static AlignmentI makeCdsAlignment(SequenceI[] dna,
1705           AlignmentI dataset, SequenceI[] products)
1706   {
1707     if (dataset == null || dataset.getDataset() != null)
1708     {
1709       throw new IllegalArgumentException(
1710               "IMPLEMENTATION ERROR: dataset.getDataset() must be null!");
1711     }
1712     List<SequenceI> foundSeqs = new ArrayList<>();
1713     List<SequenceI> cdsSeqs = new ArrayList<>();
1714     List<AlignedCodonFrame> mappings = dataset.getCodonFrames();
1715     HashSet<SequenceI> productSeqs = null;
1716     if (products != null)
1717     {
1718       productSeqs = new HashSet<>();
1719       for (SequenceI seq : products)
1720       {
1721         productSeqs.add(seq.getDatasetSequence() == null ? seq
1722                 : seq.getDatasetSequence());
1723       }
1724     }
1725
1726     /*
1727      * Construct CDS sequences from mappings on the alignment dataset.
1728      * The logic is:
1729      * - find the protein product(s) mapped to from each dna sequence
1730      * - if the mapping covers the whole dna sequence (give or take start/stop
1731      *   codon), take the dna as the CDS sequence
1732      * - else search dataset mappings for a suitable dna sequence, i.e. one
1733      *   whose whole sequence is mapped to the protein 
1734      * - if no sequence found, construct one from the dna sequence and mapping
1735      *   (and add it to dataset so it is found if this is repeated)
1736      */
1737     for (SequenceI dnaSeq : dna)
1738     {
1739       SequenceI dnaDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1740               : dnaSeq.getDatasetSequence();
1741
1742       List<AlignedCodonFrame> seqMappings = MappingUtils
1743               .findMappingsForSequence(dnaSeq, mappings);
1744       for (AlignedCodonFrame mapping : seqMappings)
1745       {
1746         List<Mapping> mappingsFromSequence = mapping
1747                 .getMappingsFromSequence(dnaSeq);
1748
1749         for (Mapping aMapping : mappingsFromSequence)
1750         {
1751           MapList mapList = aMapping.getMap();
1752           if (mapList.getFromRatio() == 1)
1753           {
1754             /*
1755              * not a dna-to-protein mapping (likely dna-to-cds)
1756              */
1757             continue;
1758           }
1759
1760           /*
1761            * skip if mapping is not to one of the target set of proteins
1762            */
1763           SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1764           if (productSeqs != null && !productSeqs.contains(proteinProduct))
1765           {
1766             continue;
1767           }
1768
1769           /*
1770            * try to locate the CDS from the dataset mappings;
1771            * guard against duplicate results (for the case that protein has
1772            * dbrefs to both dna and cds sequences)
1773            */
1774           SequenceI cdsSeq = findCdsForProtein(mappings, dnaSeq,
1775                   seqMappings, aMapping);
1776           if (cdsSeq != null)
1777           {
1778             if (!foundSeqs.contains(cdsSeq))
1779             {
1780               foundSeqs.add(cdsSeq);
1781               SequenceI derivedSequence = cdsSeq.deriveSequence();
1782               cdsSeqs.add(derivedSequence);
1783               if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeq))
1784               {
1785                 dataset.addSequence(cdsSeq);
1786               }
1787             }
1788             continue;
1789           }
1790
1791           /*
1792            * didn't find mapped CDS sequence - construct it and add
1793            * its dataset sequence to the dataset
1794            */
1795           cdsSeq = makeCdsSequence(dnaSeq.getDatasetSequence(), aMapping,
1796                   dataset).deriveSequence();
1797           // cdsSeq has a name constructed as CDS|<dbref>
1798           // <dbref> will be either the accession for the coding sequence,
1799           // marked in the /via/ dbref to the protein product accession
1800           // or it will be the original nucleotide accession.
1801           SequenceI cdsSeqDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
1802
1803           cdsSeqs.add(cdsSeq);
1804
1805           /*
1806            * build the mapping from CDS to protein
1807            */
1808           List<int[]> cdsRange = Collections
1809                   .singletonList(new int[]
1810                   { cdsSeq.getStart(),
1811                       cdsSeq.getLength() + cdsSeq.getStart() - 1 });
1812           MapList cdsToProteinMap = new MapList(cdsRange,
1813                   mapList.getToRanges(), mapList.getFromRatio(),
1814                   mapList.getToRatio());
1815
1816           if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeqDss))
1817           {
1818             /*
1819              * if this sequence is a newly created one, add it to the dataset
1820              * and made a CDS to protein mapping (if sequence already exists,
1821              * CDS-to-protein mapping _is_ the transcript-to-protein mapping)
1822              */
1823             dataset.addSequence(cdsSeqDss);
1824             AlignedCodonFrame cdsToProteinMapping = new AlignedCodonFrame();
1825             cdsToProteinMapping.addMap(cdsSeqDss, proteinProduct,
1826                     cdsToProteinMap);
1827
1828             /*
1829              * guard against duplicating the mapping if repeating this action
1830              */
1831             if (!mappings.contains(cdsToProteinMapping))
1832             {
1833               mappings.add(cdsToProteinMapping);
1834             }
1835           }
1836
1837           propagateDBRefsToCDS(cdsSeqDss, dnaSeq.getDatasetSequence(),
1838                   proteinProduct, aMapping);
1839           /*
1840            * add another mapping from original 'from' range to CDS
1841            */
1842           AlignedCodonFrame dnaToCdsMapping = new AlignedCodonFrame();
1843           final MapList dnaToCdsMap = new MapList(mapList.getFromRanges(),
1844                   cdsRange, 1, 1);
1845           dnaToCdsMapping.addMap(dnaSeq.getDatasetSequence(), cdsSeqDss,
1846                   dnaToCdsMap);
1847           if (!mappings.contains(dnaToCdsMapping))
1848           {
1849             mappings.add(dnaToCdsMapping);
1850           }
1851
1852           /*
1853            * transfer dna chromosomal loci (if known) to the CDS
1854            * sequence (via the mapping)
1855            */
1856           final MapList cdsToDnaMap = dnaToCdsMap.getInverse();
1857           transferGeneLoci(dnaSeq, cdsToDnaMap, cdsSeq);
1858
1859           /*
1860            * add DBRef with mapping from protein to CDS
1861            * (this enables Get Cross-References from protein alignment)
1862            * This is tricky because we can't have two DBRefs with the
1863            * same source and accession, so need a different accession for
1864            * the CDS from the dna sequence
1865            */
1866
1867           // specific use case:
1868           // Genomic contig ENSCHR:1, contains coding regions for ENSG01,
1869           // ENSG02, ENSG03, with transcripts and products similarly named.
1870           // cannot add distinct dbrefs mapping location on ENSCHR:1 to ENSG01
1871
1872           // JBPNote: ?? can't actually create an example that demonstrates we
1873           // need to
1874           // synthesize an xref.
1875
1876           List<DBRefEntry> primrefs = dnaDss.getPrimaryDBRefs();
1877           for (int ip = 0, np = primrefs.size(); ip < np; ip++)
1878           {
1879             DBRefEntry primRef = primrefs.get(ip);
1880             /*
1881              * create a cross-reference from CDS to the source sequence's
1882              * primary reference and vice versa
1883              */
1884             String source = primRef.getSource();
1885             String version = primRef.getVersion();
1886             DBRefEntry cdsCrossRef = new DBRefEntry(source,
1887                     source + ":" + version, primRef.getAccessionId());
1888             cdsCrossRef
1889                     .setMap(new Mapping(dnaDss, new MapList(cdsToDnaMap)));
1890             cdsSeqDss.addDBRef(cdsCrossRef);
1891
1892             dnaSeq.addDBRef(new DBRefEntry(source, version,
1893                     cdsSeq.getName(), new Mapping(cdsSeqDss, dnaToCdsMap)));
1894             // problem here is that the cross-reference is synthesized -
1895             // cdsSeq.getName() may be like 'CDS|dnaaccession' or
1896             // 'CDS|emblcdsacc'
1897             // assuming cds version same as dna ?!?
1898
1899             DBRefEntry proteinToCdsRef = new DBRefEntry(source, version,
1900                     cdsSeq.getName());
1901             //
1902             proteinToCdsRef.setMap(
1903                     new Mapping(cdsSeqDss, cdsToProteinMap.getInverse()));
1904             proteinProduct.addDBRef(proteinToCdsRef);
1905           }
1906           /*
1907            * transfer any features on dna that overlap the CDS
1908            */
1909           transferFeatures(dnaSeq, cdsSeq, dnaToCdsMap, null,
1910                   SequenceOntologyI.CDS);
1911         }
1912       }
1913     }
1914
1915     AlignmentI cds = new Alignment(
1916             cdsSeqs.toArray(new SequenceI[cdsSeqs.size()]));
1917     cds.setDataset(dataset);
1918
1919     return cds;
1920   }
1921
1922   /**
1923    * Tries to transfer gene loci (dbref to chromosome positions) from fromSeq to
1924    * toSeq, mediated by the given mapping between the sequences
1925    * 
1926    * @param fromSeq
1927    * @param targetToFrom
1928    *          Map
1929    * @param targetSeq
1930    */
1931   protected static void transferGeneLoci(SequenceI fromSeq,
1932           MapList targetToFrom, SequenceI targetSeq)
1933   {
1934     if (targetSeq.getGeneLoci() != null)
1935     {
1936       // already have - don't override
1937       return;
1938     }
1939     GeneLociI fromLoci = fromSeq.getGeneLoci();
1940     if (fromLoci == null)
1941     {
1942       return;
1943     }
1944
1945     MapList newMap = targetToFrom.traverse(fromLoci.getMapping());
1946
1947     if (newMap != null)
1948     {
1949       targetSeq.setGeneLoci(fromLoci.getSpeciesId(),
1950               fromLoci.getAssemblyId(), fromLoci.getChromosomeId(), newMap);
1951     }
1952   }
1953
1954   /**
1955    * A helper method that finds a CDS sequence in the alignment dataset that is
1956    * mapped to the given protein sequence, and either is, or has a mapping from,
1957    * the given dna sequence.
1958    * 
1959    * @param mappings
1960    *          set of all mappings on the dataset
1961    * @param dnaSeq
1962    *          a dna (or cds) sequence we are searching from
1963    * @param seqMappings
1964    *          the set of mappings involving dnaSeq
1965    * @param aMapping
1966    *          a transcript-to-peptide mapping
1967    * @return
1968    */
1969   static SequenceI findCdsForProtein(List<AlignedCodonFrame> mappings,
1970           SequenceI dnaSeq, List<AlignedCodonFrame> seqMappings,
1971           Mapping aMapping)
1972   {
1973     /*
1974      * TODO a better dna-cds-protein mapping data representation to allow easy
1975      * navigation; until then this clunky looping around lists of mappings
1976      */
1977     SequenceI seqDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1978             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1979     SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1980
1981     /*
1982      * is this mapping from the whole dna sequence (i.e. CDS)?
1983      * allowing for possible stop codon on dna but not peptide
1984      */
1985     int mappedFromLength = MappingUtils
1986             .getLength(aMapping.getMap().getFromRanges());
1987     int dnaLength = seqDss.getLength();
1988     if (mappedFromLength == dnaLength
1989             || mappedFromLength == dnaLength - CODON_LENGTH)
1990     {
1991       /*
1992        * if sequence has CDS features, this is a transcript with no UTR
1993        * - do not take this as the CDS sequence! (JAL-2789)
1994        */
1995       if (seqDss.getFeatures().getFeaturesByOntology(SequenceOntologyI.CDS)
1996               .isEmpty())
1997       {
1998         return seqDss;
1999       }
2000     }
2001
2002     /*
2003      * looks like we found the dna-to-protein mapping; search for the
2004      * corresponding cds-to-protein mapping
2005      */
2006     List<AlignedCodonFrame> mappingsToPeptide = MappingUtils
2007             .findMappingsForSequence(proteinProduct, mappings);
2008     for (AlignedCodonFrame acf : mappingsToPeptide)
2009     {
2010       for (SequenceToSequenceMapping map : acf.getMappings())
2011       {
2012         Mapping mapping = map.getMapping();
2013         if (mapping != aMapping
2014                 && mapping.getMap().getFromRatio() == CODON_LENGTH
2015                 && proteinProduct == mapping.getTo()
2016                 && seqDss != map.getFromSeq())
2017         {
2018           mappedFromLength = MappingUtils
2019                   .getLength(mapping.getMap().getFromRanges());
2020           if (mappedFromLength == map.getFromSeq().getLength())
2021           {
2022             /*
2023             * found a 3:1 mapping to the protein product which covers
2024             * the whole dna sequence i.e. is from CDS; finally check the CDS
2025             * is mapped from the given dna start sequence
2026             */
2027             SequenceI cdsSeq = map.getFromSeq();
2028             // todo this test is weak if seqMappings contains multiple mappings;
2029             // we get away with it if transcript:cds relationship is 1:1
2030             List<AlignedCodonFrame> dnaToCdsMaps = MappingUtils
2031                     .findMappingsForSequence(cdsSeq, seqMappings);
2032             if (!dnaToCdsMaps.isEmpty())
2033             {
2034               return cdsSeq;
2035             }
2036           }
2037         }
2038       }
2039     }
2040     return null;
2041   }
2042
2043   /**
2044    * Helper method that makes a CDS sequence as defined by the mappings from the
2045    * given sequence i.e. extracts the 'mapped from' ranges (which may be on
2046    * forward or reverse strand).
2047    * 
2048    * @param seq
2049    * @param mapping
2050    * @param dataset
2051    *          - existing dataset. We check for sequences that look like the CDS
2052    *          we are about to construct, if one exists already, then we will
2053    *          just return that one.
2054    * @return CDS sequence (as a dataset sequence)
2055    */
2056   static SequenceI makeCdsSequence(SequenceI seq, Mapping mapping,
2057           AlignmentI dataset)
2058   {
2059     /*
2060      * construct CDS sequence name as "CDS|" with 'from id' held in the mapping
2061      * if set (e.g. EMBL protein_id), else sequence name appended
2062      */
2063     String mapFromId = mapping.getMappedFromId();
2064     final String seqId = "CDS|"
2065             + (mapFromId != null ? mapFromId : seq.getName());
2066
2067     SequenceI newSeq = null;
2068
2069     /*
2070      * construct CDS sequence by splicing mapped from ranges
2071      */
2072     char[] seqChars = seq.getSequence();
2073     List<int[]> fromRanges = mapping.getMap().getFromRanges();
2074     int cdsWidth = MappingUtils.getLength(fromRanges);
2075     char[] newSeqChars = new char[cdsWidth];
2076
2077     int newPos = 0;
2078     for (int[] range : fromRanges)
2079     {
2080       if (range[0] <= range[1])
2081       {
2082         // forward strand mapping - just copy the range
2083         int length = range[1] - range[0] + 1;
2084         System.arraycopy(seqChars, range[0] - 1, newSeqChars, newPos,
2085                 length);
2086         newPos += length;
2087       }
2088       else
2089       {
2090         // reverse strand mapping - copy and complement one by one
2091         for (int i = range[0]; i >= range[1]; i--)
2092         {
2093           newSeqChars[newPos++] = Dna.getComplement(seqChars[i - 1]);
2094         }
2095       }
2096
2097       newSeq = new Sequence(seqId, newSeqChars, 1, newPos);
2098     }
2099
2100     if (dataset != null)
2101     {
2102       SequenceI[] matches = dataset.findSequenceMatch(newSeq.getName());
2103       if (matches != null)
2104       {
2105         boolean matched = false;
2106         for (SequenceI mtch : matches)
2107         {
2108           if (mtch.getStart() != newSeq.getStart())
2109           {
2110             continue;
2111           }
2112           if (mtch.getEnd() != newSeq.getEnd())
2113           {
2114             continue;
2115           }
2116           if (!Arrays.equals(mtch.getSequence(), newSeq.getSequence()))
2117           {
2118             continue;
2119           }
2120           if (!matched)
2121           {
2122             matched = true;
2123             newSeq = mtch;
2124           }
2125           else
2126           {
2127             Console.error(
2128                     "JAL-2154 regression: warning - found (and ignored) a duplicate CDS sequence:"
2129                             + mtch.toString());
2130           }
2131         }
2132       }
2133     }
2134     // newSeq.setDescription(mapFromId);
2135
2136     return newSeq;
2137   }
2138
2139   /**
2140    * Adds any DBRefEntrys to cdsSeq from contig that have a Mapping congruent to
2141    * the given mapping.
2142    * 
2143    * @param cdsSeq
2144    * @param contig
2145    * @param proteinProduct
2146    * @param mapping
2147    * @return list of DBRefEntrys added
2148    */
2149   protected static List<DBRefEntry> propagateDBRefsToCDS(SequenceI cdsSeq,
2150           SequenceI contig, SequenceI proteinProduct, Mapping mapping)
2151   {
2152
2153     // gather direct refs from contig congruent with mapping
2154     List<DBRefEntry> direct = new ArrayList<>();
2155     HashSet<String> directSources = new HashSet<>();
2156
2157     List<DBRefEntry> refs = contig.getDBRefs();
2158     if (refs != null)
2159     {
2160       for (int ib = 0, nb = refs.size(); ib < nb; ib++)
2161       {
2162         DBRefEntry dbr = refs.get(ib);
2163         MapList map;
2164         if (dbr.hasMap() && (map = dbr.getMap().getMap()).isTripletMap())
2165         {
2166           // check if map is the CDS mapping
2167           if (mapping.getMap().equals(map))
2168           {
2169             direct.add(dbr);
2170             directSources.add(dbr.getSource());
2171           }
2172         }
2173       }
2174     }
2175     List<DBRefEntry> onSource = DBRefUtils.selectRefs(
2176             proteinProduct.getDBRefs(),
2177             directSources.toArray(new String[0]));
2178     List<DBRefEntry> propagated = new ArrayList<>();
2179
2180     // and generate appropriate mappings
2181     for (int ic = 0, nc = direct.size(); ic < nc; ic++)
2182     {
2183       DBRefEntry cdsref = direct.get(ic);
2184       Mapping m = cdsref.getMap();
2185       // clone maplist and mapping
2186       MapList cdsposmap = new MapList(
2187               Arrays.asList(new int[][]
2188               { new int[] { cdsSeq.getStart(), cdsSeq.getEnd() } }),
2189               m.getMap().getToRanges(), 3, 1);
2190       Mapping cdsmap = new Mapping(m.getTo(), m.getMap());
2191
2192       // create dbref
2193       DBRefEntry newref = new DBRefEntry(cdsref.getSource(),
2194               cdsref.getVersion(), cdsref.getAccessionId(),
2195               new Mapping(cdsmap.getTo(), cdsposmap));
2196
2197       // and see if we can map to the protein product for this mapping.
2198       // onSource is the filtered set of accessions on protein that we are
2199       // tranferring, so we assume accession is the same.
2200       if (cdsmap.getTo() == null && onSource != null)
2201       {
2202         List<DBRefEntry> sourceRefs = DBRefUtils.searchRefs(onSource,
2203                 cdsref.getAccessionId());
2204         if (sourceRefs != null)
2205         {
2206           for (DBRefEntry srcref : sourceRefs)
2207           {
2208             if (srcref.getSource().equalsIgnoreCase(cdsref.getSource()))
2209             {
2210               // we have found a complementary dbref on the protein product, so
2211               // update mapping's getTo
2212               newref.getMap().setTo(proteinProduct);
2213             }
2214           }
2215         }
2216       }
2217       cdsSeq.addDBRef(newref);
2218       propagated.add(newref);
2219     }
2220     return propagated;
2221   }
2222
2223   /**
2224    * Transfers co-located features on 'fromSeq' to 'toSeq', adjusting the
2225    * feature start/end ranges, optionally omitting specified feature types.
2226    * Returns the number of features copied.
2227    * 
2228    * @param fromSeq
2229    * @param toSeq
2230    * @param mapping
2231    *          the mapping from 'fromSeq' to 'toSeq'
2232    * @param select
2233    *          if not null, only features of this type are copied (including
2234    *          subtypes in the Sequence Ontology)
2235    * @param omitting
2236    */
2237   protected static int transferFeatures(SequenceI fromSeq, SequenceI toSeq,
2238           MapList mapping, String select, String... omitting)
2239   {
2240     SequenceI copyTo = toSeq;
2241     while (copyTo.getDatasetSequence() != null)
2242     {
2243       copyTo = copyTo.getDatasetSequence();
2244     }
2245     if (fromSeq == copyTo || fromSeq.getDatasetSequence() == copyTo)
2246     {
2247       return 0; // shared dataset sequence
2248     }
2249
2250     /*
2251      * get features, optionally restricted by an ontology term
2252      */
2253     List<SequenceFeature> sfs = select == null
2254             ? fromSeq.getFeatures().getPositionalFeatures()
2255             : fromSeq.getFeatures().getFeaturesByOntology(select);
2256
2257     int count = 0;
2258     for (SequenceFeature sf : sfs)
2259     {
2260       String type = sf.getType();
2261       boolean omit = false;
2262       for (String toOmit : omitting)
2263       {
2264         if (type.equals(toOmit))
2265         {
2266           omit = true;
2267         }
2268       }
2269       if (omit)
2270       {
2271         continue;
2272       }
2273
2274       /*
2275        * locate the mapped range - null if either start or end is
2276        * not mapped (no partial overlaps are calculated)
2277        */
2278       int start = sf.getBegin();
2279       int end = sf.getEnd();
2280       int[] mappedTo = mapping.locateInTo(start, end);
2281       /*
2282        * if whole exon range doesn't map, try interpreting it
2283        * as 5' or 3' exon overlapping the CDS range
2284        */
2285       if (mappedTo == null)
2286       {
2287         mappedTo = mapping.locateInTo(end, end);
2288         if (mappedTo != null)
2289         {
2290           /*
2291            * end of exon is in CDS range - 5' overlap
2292            * to a range from the start of the peptide
2293            */
2294           mappedTo[0] = 1;
2295         }
2296       }
2297       if (mappedTo == null)
2298       {
2299         mappedTo = mapping.locateInTo(start, start);
2300         if (mappedTo != null)
2301         {
2302           /*
2303            * start of exon is in CDS range - 3' overlap
2304            * to a range up to the end of the peptide
2305            */
2306           mappedTo[1] = toSeq.getLength();
2307         }
2308       }
2309       if (mappedTo != null)
2310       {
2311         int newBegin = Math.min(mappedTo[0], mappedTo[1]);
2312         int newEnd = Math.max(mappedTo[0], mappedTo[1]);
2313         SequenceFeature copy = new SequenceFeature(sf, newBegin, newEnd,
2314                 sf.getFeatureGroup(), sf.getScore());
2315         copyTo.addSequenceFeature(copy);
2316         count++;
2317       }
2318     }
2319     return count;
2320   }
2321
2322   /**
2323    * Returns a mapping from dna to protein by inspecting sequence features of
2324    * type "CDS" on the dna. A mapping is constructed if the total CDS feature
2325    * length is 3 times the peptide length (optionally after dropping a trailing
2326    * stop codon). This method does not check whether the CDS nucleotide sequence
2327    * translates to the peptide sequence.
2328    * 
2329    * @param dnaSeq
2330    * @param proteinSeq
2331    * @return
2332    */
2333   public static MapList mapCdsToProtein(SequenceI dnaSeq,
2334           SequenceI proteinSeq)
2335   {
2336     List<int[]> ranges = findCdsPositions(dnaSeq);
2337     int mappedDnaLength = MappingUtils.getLength(ranges);
2338
2339     /*
2340      * if not a whole number of codons, truncate mapping
2341      */
2342     int codonRemainder = mappedDnaLength % CODON_LENGTH;
2343     if (codonRemainder > 0)
2344     {
2345       mappedDnaLength -= codonRemainder;
2346       MappingUtils.removeEndPositions(codonRemainder, ranges);
2347     }
2348
2349     int proteinLength = proteinSeq.getLength();
2350     int proteinStart = proteinSeq.getStart();
2351     int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
2352
2353     /*
2354      * incomplete start codon may mean X at start of peptide
2355      * we ignore both for mapping purposes
2356      */
2357     if (proteinSeq.getCharAt(0) == 'X')
2358     {
2359       // todo JAL-2022 support startPhase > 0
2360       proteinStart++;
2361       proteinLength--;
2362     }
2363     List<int[]> proteinRange = new ArrayList<>();
2364
2365     /*
2366      * dna length should map to protein (or protein plus stop codon)
2367      */
2368     int codesForResidues = mappedDnaLength / CODON_LENGTH;
2369     if (codesForResidues == (proteinLength + 1))
2370     {
2371       // assuming extra codon is for STOP and not in peptide
2372       // todo: check trailing codon is indeed a STOP codon
2373       codesForResidues--;
2374       mappedDnaLength -= CODON_LENGTH;
2375       MappingUtils.removeEndPositions(CODON_LENGTH, ranges);
2376     }
2377
2378     if (codesForResidues == proteinLength)
2379     {
2380       proteinRange.add(new int[] { proteinStart, proteinEnd });
2381       return new MapList(ranges, proteinRange, CODON_LENGTH, 1);
2382     }
2383     return null;
2384   }
2385
2386   /**
2387    * Returns a list of CDS ranges found (as sequence positions base 1), i.e. of
2388    * [start, end] positions of sequence features of type "CDS" (or a sub-type of
2389    * CDS in the Sequence Ontology). The ranges are sorted into ascending start
2390    * position order, so this method is only valid for linear CDS in the same
2391    * sense as the protein product.
2392    * 
2393    * @param dnaSeq
2394    * @return
2395    */
2396   protected static List<int[]> findCdsPositions(SequenceI dnaSeq)
2397   {
2398     List<int[]> result = new ArrayList<>();
2399
2400     List<SequenceFeature> sfs = dnaSeq.getFeatures()
2401             .getFeaturesByOntology(SequenceOntologyI.CDS);
2402     if (sfs.isEmpty())
2403     {
2404       return result;
2405     }
2406     SequenceFeatures.sortFeatures(sfs, true);
2407
2408     for (SequenceFeature sf : sfs)
2409     {
2410       int phase = 0;
2411       try
2412       {
2413         String s = sf.getPhase();
2414         if (s != null)
2415         {
2416           phase = Integer.parseInt(s);
2417         }
2418       } catch (NumberFormatException e)
2419       {
2420         // leave as zero
2421       }
2422       /*
2423        * phase > 0 on first codon means 5' incomplete - skip to the start
2424        * of the next codon; example ENST00000496384
2425        */
2426       int begin = sf.getBegin();
2427       int end = sf.getEnd();
2428       if (result.isEmpty() && phase > 0)
2429       {
2430         begin += phase;
2431         if (begin > end)
2432         {
2433           // shouldn't happen!
2434           System.err
2435                   .println("Error: start phase extends beyond start CDS in "
2436                           + dnaSeq.getName());
2437         }
2438       }
2439       result.add(new int[] { begin, end });
2440     }
2441
2442     /*
2443      * Finally sort ranges by start position. This avoids a dependency on 
2444      * keeping features in order on the sequence (if they are in order anyway,
2445      * the sort will have almost no work to do). The implicit assumption is CDS
2446      * ranges are assembled in order. Other cases should not use this method,
2447      * but instead construct an explicit mapping for CDS (e.g. EMBL parsing).
2448      */
2449     Collections.sort(result, IntRangeComparator.ASCENDING);
2450     return result;
2451   }
2452
2453   /**
2454    * Makes an alignment with a copy of the given sequences, adding in any
2455    * non-redundant sequences which are mapped to by the cross-referenced
2456    * sequences.
2457    * 
2458    * @param seqs
2459    * @param xrefs
2460    * @param dataset
2461    *          the alignment dataset shared by the new copy
2462    * @return
2463    */
2464   public static AlignmentI makeCopyAlignment(SequenceI[] seqs,
2465           SequenceI[] xrefs, AlignmentI dataset)
2466   {
2467     AlignmentI copy = new Alignment(new Alignment(seqs));
2468     copy.setDataset(dataset);
2469     boolean isProtein = !copy.isNucleotide();
2470     SequenceIdMatcher matcher = new SequenceIdMatcher(seqs);
2471     if (xrefs != null)
2472     {
2473       // BH 2019.01.25 recoded to remove iterators
2474
2475       for (int ix = 0, nx = xrefs.length; ix < nx; ix++)
2476       {
2477         SequenceI xref = xrefs[ix];
2478         List<DBRefEntry> dbrefs = xref.getDBRefs();
2479         if (dbrefs != null)
2480         {
2481           for (int ir = 0, nir = dbrefs.size(); ir < nir; ir++)
2482           {
2483             DBRefEntry dbref = dbrefs.get(ir);
2484             Mapping map = dbref.getMap();
2485             SequenceI mto;
2486             if (map == null || (mto = map.getTo()) == null
2487                     || mto.isProtein() != isProtein)
2488             {
2489               continue;
2490             }
2491             SequenceI mappedTo = mto;
2492             SequenceI match = matcher.findIdMatch(mappedTo);
2493             if (match == null)
2494             {
2495               matcher.add(mappedTo);
2496               copy.addSequence(mappedTo);
2497             }
2498           }
2499         }
2500       }
2501     }
2502     return copy;
2503   }
2504
2505   /**
2506    * Try to align sequences in 'unaligned' to match the alignment of their
2507    * mapped regions in 'aligned'. For example, could use this to align CDS
2508    * sequences which are mapped to their parent cDNA sequences.
2509    * 
2510    * This method handles 1:1 mappings (dna-to-dna or protein-to-protein). For
2511    * dna-to-protein or protein-to-dna use alternative methods.
2512    * 
2513    * @param unaligned
2514    *          sequences to be aligned
2515    * @param aligned
2516    *          holds aligned sequences and their mappings
2517    * @return
2518    */
2519   public static int alignAs(AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned)
2520   {
2521     /*
2522      * easy case - aligning a copy of aligned sequences
2523      */
2524     if (alignAsSameSequences(unaligned, aligned))
2525     {
2526       return unaligned.getHeight();
2527     }
2528
2529     /*
2530      * fancy case - aligning via mappings between sequences
2531      */
2532     List<SequenceI> unmapped = new ArrayList<>();
2533     Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> columnMap = buildMappedColumnsMap(
2534             unaligned, aligned, unmapped);
2535     int width = columnMap.size();
2536     char gap = unaligned.getGapCharacter();
2537     int realignedCount = 0;
2538     // TODO: verify this loop scales sensibly for very wide/high alignments
2539
2540     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2541     {
2542       if (!unmapped.contains(seq))
2543       {
2544         char[] newSeq = new char[width];
2545         Arrays.fill(newSeq, gap); // JBPComment - doubt this is faster than the
2546                                   // Integer iteration below
2547         int newCol = 0;
2548         int lastCol = 0;
2549
2550         /*
2551          * traverse the map to find columns populated
2552          * by our sequence
2553          */
2554         for (Integer column : columnMap.keySet())
2555         {
2556           Character c = columnMap.get(column).get(seq);
2557           if (c != null)
2558           {
2559             /*
2560              * sequence has a character at this position
2561              * 
2562              */
2563             newSeq[newCol] = c;
2564             lastCol = newCol;
2565           }
2566           newCol++;
2567         }
2568
2569         /*
2570          * trim trailing gaps
2571          */
2572         if (lastCol < width)
2573         {
2574           char[] tmp = new char[lastCol + 1];
2575           System.arraycopy(newSeq, 0, tmp, 0, lastCol + 1);
2576           newSeq = tmp;
2577         }
2578         // TODO: optimise SequenceI to avoid char[]->String->char[]
2579         seq.setSequence(String.valueOf(newSeq));
2580         realignedCount++;
2581       }
2582     }
2583     return realignedCount;
2584   }
2585
2586   /**
2587    * If unaligned and aligned sequences share the same dataset sequences, then
2588    * simply copies the aligned sequences to the unaligned sequences and returns
2589    * true; else returns false
2590    * 
2591    * @param unaligned
2592    *          - sequences to be aligned based on aligned
2593    * @param aligned
2594    *          - 'guide' alignment containing sequences derived from same dataset
2595    *          as unaligned
2596    * @return
2597    */
2598   static boolean alignAsSameSequences(AlignmentI unaligned,
2599           AlignmentI aligned)
2600   {
2601     if (aligned.getDataset() == null || unaligned.getDataset() == null)
2602     {
2603       return false; // should only pass alignments with datasets here
2604     }
2605
2606     // map from dataset sequence to alignment sequence(s)
2607     Map<SequenceI, List<SequenceI>> alignedDatasets = new HashMap<>();
2608     for (SequenceI seq : aligned.getSequences())
2609     {
2610       SequenceI ds = seq.getDatasetSequence();
2611       if (alignedDatasets.get(ds) == null)
2612       {
2613         alignedDatasets.put(ds, new ArrayList<SequenceI>());
2614       }
2615       alignedDatasets.get(ds).add(seq);
2616     }
2617
2618     /*
2619      * first pass - check whether all sequences to be aligned share a 
2620      * dataset sequence with an aligned sequence; also note the leftmost
2621      * ungapped column from which to copy
2622      */
2623     int leftmost = Integer.MAX_VALUE;
2624     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2625     {
2626       final SequenceI ds = seq.getDatasetSequence();
2627       if (!alignedDatasets.containsKey(ds))
2628       {
2629         return false;
2630       }
2631       SequenceI alignedSeq = alignedDatasets.get(ds).get(0);
2632       int startCol = alignedSeq.findIndex(seq.getStart()); // 1..
2633       leftmost = Math.min(leftmost, startCol);
2634     }
2635
2636     /*
2637      * second pass - copy aligned sequences;
2638      * heuristic rule: pair off sequences in order for the case where 
2639      * more than one shares the same dataset sequence 
2640      */
2641     final char gapCharacter = aligned.getGapCharacter();
2642     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2643     {
2644       List<SequenceI> alignedSequences = alignedDatasets
2645               .get(seq.getDatasetSequence());
2646       if (alignedSequences.isEmpty())
2647       {
2648         /*
2649          * defensive check - shouldn't happen! (JAL-3536)
2650          */
2651         continue;
2652       }
2653       SequenceI alignedSeq = alignedSequences.get(0);
2654
2655       /*
2656        * gap fill for leading (5') UTR if any
2657        */
2658       // TODO this copies intron columns - wrong!
2659       int startCol = alignedSeq.findIndex(seq.getStart()); // 1..
2660       int endCol = alignedSeq.findIndex(seq.getEnd());
2661       char[] seqchars = new char[endCol - leftmost + 1];
2662       Arrays.fill(seqchars, gapCharacter);
2663       char[] toCopy = alignedSeq.getSequence(startCol - 1, endCol);
2664       System.arraycopy(toCopy, 0, seqchars, startCol - leftmost,
2665               toCopy.length);
2666       seq.setSequence(String.valueOf(seqchars));
2667       if (alignedSequences.size() > 0)
2668       {
2669         // pop off aligned sequences (except the last one)
2670         alignedSequences.remove(0);
2671       }
2672     }
2673
2674     /*
2675      * finally remove gapped columns (e.g. introns)
2676      */
2677     new RemoveGapColCommand("", unaligned.getSequencesArray(), 0,
2678             unaligned.getWidth() - 1, unaligned);
2679
2680     return true;
2681   }
2682
2683   /**
2684    * Returns a map whose key is alignment column number (base 1), and whose
2685    * values are a map of sequence characters in that column.
2686    * 
2687    * @param unaligned
2688    * @param aligned
2689    * @param unmapped
2690    * @return
2691    */
2692   static SortedMap<Integer, Map<SequenceI, Character>> buildMappedColumnsMap(
2693           AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned,
2694           List<SequenceI> unmapped)
2695   {
2696     /*
2697      * Map will hold, for each aligned column position, a map of
2698      * {unalignedSequence, characterPerSequence} at that position.
2699      * TreeMap keeps the entries in ascending column order. 
2700      */
2701     SortedMap<Integer, Map<SequenceI, Character>> map = new TreeMap<>();
2702
2703     /*
2704      * record any sequences that have no mapping so can't be realigned
2705      */
2706     unmapped.addAll(unaligned.getSequences());
2707
2708     List<AlignedCodonFrame> mappings = aligned.getCodonFrames();
2709
2710     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2711     {
2712       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
2713       {
2714         SequenceI fromSeq = mapping.findAlignedSequence(seq, aligned);
2715         if (fromSeq != null)
2716         {
2717           Mapping seqMap = mapping.getMappingBetween(fromSeq, seq);
2718           if (addMappedPositions(seq, fromSeq, seqMap, map))
2719           {
2720             unmapped.remove(seq);
2721           }
2722         }
2723       }
2724     }
2725     return map;
2726   }
2727
2728   /**
2729    * Helper method that adds to a map the mapped column positions of a sequence.
2730    * <br>
2731    * For example if aaTT-Tg-gAAA is mapped to TTTAAA then the map should record
2732    * that columns 3,4,6,10,11,12 map to characters T,T,T,A,A,A of the mapped to
2733    * sequence.
2734    * 
2735    * @param seq
2736    *          the sequence whose column positions we are recording
2737    * @param fromSeq
2738    *          a sequence that is mapped to the first sequence
2739    * @param seqMap
2740    *          the mapping from 'fromSeq' to 'seq'
2741    * @param map
2742    *          a map to add the column positions (in fromSeq) of the mapped
2743    *          positions of seq
2744    * @return
2745    */
2746   static boolean addMappedPositions(SequenceI seq, SequenceI fromSeq,
2747           Mapping seqMap, Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> map)
2748   {
2749     if (seqMap == null)
2750     {
2751       return false;
2752     }
2753
2754     /*
2755      * invert mapping if it is from unaligned to aligned sequence
2756      */
2757     if (seqMap.getTo() == fromSeq.getDatasetSequence())
2758     {
2759       seqMap = new Mapping(seq.getDatasetSequence(),
2760               seqMap.getMap().getInverse());
2761     }
2762
2763     int toStart = seq.getStart();
2764
2765     /*
2766      * traverse [start, end, start, end...] ranges in fromSeq
2767      */
2768     for (int[] fromRange : seqMap.getMap().getFromRanges())
2769     {
2770       for (int i = 0; i < fromRange.length - 1; i += 2)
2771       {
2772         boolean forward = fromRange[i + 1] >= fromRange[i];
2773
2774         /*
2775          * find the range mapped to (sequence positions base 1)
2776          */
2777         int[] range = seqMap.locateMappedRange(fromRange[i],
2778                 fromRange[i + 1]);
2779         if (range == null)
2780         {
2781           jalview.bin.Console.errPrintln("Error in mapping " + seqMap
2782                   + " from " + fromSeq.getName());
2783           return false;
2784         }
2785         int fromCol = fromSeq.findIndex(fromRange[i]);
2786         int mappedCharPos = range[0];
2787
2788         /*
2789          * walk over the 'from' aligned sequence in forward or reverse
2790          * direction; when a non-gap is found, record the column position
2791          * of the next character of the mapped-to sequence; stop when all
2792          * the characters of the range have been counted
2793          */
2794         while (mappedCharPos <= range[1] && fromCol <= fromSeq.getLength()
2795                 && fromCol >= 0)
2796         {
2797           if (!Comparison.isGap(fromSeq.getCharAt(fromCol - 1)))
2798           {
2799             /*
2800              * mapped from sequence has a character in this column
2801              * record the column position for the mapped to character
2802              */
2803             Map<SequenceI, Character> seqsMap = map.get(fromCol);
2804             if (seqsMap == null)
2805             {
2806               seqsMap = new HashMap<>();
2807               map.put(fromCol, seqsMap);
2808             }
2809             seqsMap.put(seq, seq.getCharAt(mappedCharPos - toStart));
2810             mappedCharPos++;
2811           }
2812           fromCol += (forward ? 1 : -1);
2813         }
2814       }
2815     }
2816     return true;
2817   }
2818
2819   // strictly temporary hack until proper criteria for aligning protein to cds
2820   // are in place; this is so Ensembl -> fetch xrefs Uniprot aligns the Uniprot
2821   public static boolean looksLikeEnsembl(AlignmentI alignment)
2822   {
2823     for (SequenceI seq : alignment.getSequences())
2824     {
2825       String name = seq.getName();
2826       if (!name.startsWith("ENSG") && !name.startsWith("ENST"))
2827       {
2828         return false;
2829       }
2830     }
2831     return true;
2832   }
2833 }