cd142ca7a3434cbc19810d704cba8e11fde391b2
[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 jalview.commands.RemoveGapColCommand;
24 import jalview.datamodel.AlignedCodon;
25 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame;
26 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame.SequenceToSequenceMapping;
27 import jalview.datamodel.Alignment;
28 import jalview.datamodel.AlignmentAnnotation;
29 import jalview.datamodel.AlignmentI;
30 import jalview.datamodel.DBRefEntry;
31 import jalview.datamodel.GeneLociI;
32 import jalview.datamodel.IncompleteCodonException;
33 import jalview.datamodel.Mapping;
34 import jalview.datamodel.Sequence;
35 import jalview.datamodel.SequenceFeature;
36 import jalview.datamodel.SequenceGroup;
37 import jalview.datamodel.SequenceI;
38 import jalview.datamodel.features.SequenceFeatures;
39 import jalview.io.gff.SequenceOntologyI;
40 import jalview.schemes.ResidueProperties;
41 import jalview.util.Comparison;
42 import jalview.util.DBRefUtils;
43 import jalview.util.IntRangeComparator;
44 import jalview.util.MapList;
45 import jalview.util.MappingUtils;
46
47 import java.util.ArrayList;
48 import java.util.Arrays;
49 import java.util.Collection;
50 import java.util.Collections;
51 import java.util.HashMap;
52 import java.util.HashSet;
53 import java.util.Iterator;
54 import java.util.LinkedHashMap;
55 import java.util.List;
56 import java.util.Map;
57 import java.util.Map.Entry;
58 import java.util.NoSuchElementException;
59 import java.util.Set;
60 import java.util.SortedMap;
61 import java.util.TreeMap;
62
63 /**
64  * grab bag of useful alignment manipulation operations Expect these to be
65  * refactored elsewhere at some point.
66  * 
67  * @author jimp
68  * 
69  */
70 public class AlignmentUtils
71 {
72   private static final int CODON_LENGTH = 3;
73
74   private static final String SEQUENCE_VARIANT = "sequence_variant:";
75
76   /*
77    * the 'id' attribute is provided for variant features fetched from
78    * Ensembl using its REST service with JSON format 
79    */
80   public static final String VARIANT_ID = "id";
81
82   /**
83    * A data model to hold the 'normal' base value at a position, and an optional
84    * sequence variant feature
85    */
86   static final class DnaVariant
87   {
88     final String base;
89
90     SequenceFeature variant;
91
92     DnaVariant(String nuc)
93     {
94       base = nuc;
95       variant = null;
96     }
97
98     DnaVariant(String nuc, SequenceFeature var)
99     {
100       base = nuc;
101       variant = var;
102     }
103
104     public String getSource()
105     {
106       return variant == null ? null : variant.getFeatureGroup();
107     }
108
109     /**
110      * toString for aid in the debugger only
111      */
112     @Override
113     public String toString()
114     {
115       return base + ":" + (variant == null ? "" : variant.getDescription());
116     }
117   }
118
119   /**
120    * given an existing alignment, create a new alignment including all, or up to
121    * flankSize additional symbols from each sequence's dataset sequence
122    * 
123    * @param core
124    * @param flankSize
125    * @return AlignmentI
126    */
127   public static AlignmentI expandContext(AlignmentI core, int flankSize)
128   {
129     List<SequenceI> sq = new ArrayList<>();
130     int maxoffset = 0;
131     for (SequenceI s : core.getSequences())
132     {
133       SequenceI newSeq = s.deriveSequence();
134       final int newSeqStart = newSeq.getStart() - 1;
135       if (newSeqStart > maxoffset
136               && newSeq.getDatasetSequence().getStart() < s.getStart())
137       {
138         maxoffset = newSeqStart;
139       }
140       sq.add(newSeq);
141     }
142     if (flankSize > -1)
143     {
144       maxoffset = Math.min(maxoffset, flankSize);
145     }
146
147     /*
148      * now add offset left and right to create an expanded alignment
149      */
150     for (SequenceI s : sq)
151     {
152       SequenceI ds = s;
153       while (ds.getDatasetSequence() != null)
154       {
155         ds = ds.getDatasetSequence();
156       }
157       int s_end = s.findPosition(s.getStart() + s.getLength());
158       // find available flanking residues for sequence
159       int ustream_ds = s.getStart() - ds.getStart();
160       int dstream_ds = ds.getEnd() - s_end;
161
162       // build new flanked sequence
163
164       // compute gap padding to start of flanking sequence
165       int offset = maxoffset - ustream_ds;
166
167       // padding is gapChar x ( maxoffset - min(ustream_ds, flank)
168       if (flankSize >= 0)
169       {
170         if (flankSize < ustream_ds)
171         {
172           // take up to flankSize residues
173           offset = maxoffset - flankSize;
174           ustream_ds = flankSize;
175         }
176         if (flankSize <= dstream_ds)
177         {
178           dstream_ds = flankSize - 1;
179         }
180       }
181       // TODO use Character.toLowerCase to avoid creating String objects?
182       char[] upstream = new String(ds
183               .getSequence(s.getStart() - 1 - ustream_ds, s.getStart() - 1))
184                       .toLowerCase().toCharArray();
185       char[] downstream = new String(
186               ds.getSequence(s_end - 1, s_end + dstream_ds)).toLowerCase()
187                       .toCharArray();
188       char[] coreseq = s.getSequence();
189       char[] nseq = new char[offset + upstream.length + downstream.length
190               + coreseq.length];
191       char c = core.getGapCharacter();
192
193       int p = 0;
194       for (; p < offset; p++)
195       {
196         nseq[p] = c;
197       }
198
199       System.arraycopy(upstream, 0, nseq, p, upstream.length);
200       System.arraycopy(coreseq, 0, nseq, p + upstream.length,
201               coreseq.length);
202       System.arraycopy(downstream, 0, nseq,
203               p + coreseq.length + upstream.length, downstream.length);
204       s.setSequence(new String(nseq));
205       s.setStart(s.getStart() - ustream_ds);
206       s.setEnd(s_end + downstream.length);
207     }
208     AlignmentI newAl = new jalview.datamodel.Alignment(
209             sq.toArray(new SequenceI[0]));
210     for (SequenceI s : sq)
211     {
212       if (s.getAnnotation() != null)
213       {
214         for (AlignmentAnnotation aa : s.getAnnotation())
215         {
216           aa.adjustForAlignment(); // JAL-1712 fix
217           newAl.addAnnotation(aa);
218         }
219       }
220     }
221     newAl.setDataset(core.getDataset());
222     return newAl;
223   }
224
225   /**
226    * Returns the index (zero-based position) of a sequence in an alignment, or
227    * -1 if not found.
228    * 
229    * @param al
230    * @param seq
231    * @return
232    */
233   public static int getSequenceIndex(AlignmentI al, SequenceI seq)
234   {
235     int result = -1;
236     int pos = 0;
237     for (SequenceI alSeq : al.getSequences())
238     {
239       if (alSeq == seq)
240       {
241         result = pos;
242         break;
243       }
244       pos++;
245     }
246     return result;
247   }
248
249   /**
250    * Returns a map of lists of sequences in the alignment, keyed by sequence
251    * name. For use in mapping between different alignment views of the same
252    * sequences.
253    * 
254    * @see jalview.datamodel.AlignmentI#getSequencesByName()
255    */
256   public static Map<String, List<SequenceI>> getSequencesByName(
257           AlignmentI al)
258   {
259     Map<String, List<SequenceI>> theMap = new LinkedHashMap<>();
260     for (SequenceI seq : al.getSequences())
261     {
262       String name = seq.getName();
263       if (name != null)
264       {
265         List<SequenceI> seqs = theMap.get(name);
266         if (seqs == null)
267         {
268           seqs = new ArrayList<>();
269           theMap.put(name, seqs);
270         }
271         seqs.add(seq);
272       }
273     }
274     return theMap;
275   }
276
277   /**
278    * Build mapping of protein to cDNA alignment. Mappings are made between
279    * sequences where the cDNA translates to the protein sequence. Any new
280    * mappings are added to the protein alignment. Returns true if any mappings
281    * either already exist or were added, else false.
282    * 
283    * @param proteinAlignment
284    * @param cdnaAlignment
285    * @return
286    */
287   public static boolean mapProteinAlignmentToCdna(
288           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment)
289   {
290     if (proteinAlignment == null || cdnaAlignment == null)
291     {
292       return false;
293     }
294
295     Set<SequenceI> mappedDna = new HashSet<>();
296     Set<SequenceI> mappedProtein = new HashSet<>();
297
298     /*
299      * First pass - map sequences where cross-references exist. This include
300      * 1-to-many mappings to support, for example, variant cDNA.
301      */
302     boolean mappingPerformed = mapProteinToCdna(proteinAlignment,
303             cdnaAlignment, mappedDna, mappedProtein, true);
304
305     /*
306      * Second pass - map sequences where no cross-references exist. This only
307      * does 1-to-1 mappings and assumes corresponding sequences are in the same
308      * order in the alignments.
309      */
310     mappingPerformed |= mapProteinToCdna(proteinAlignment, cdnaAlignment,
311             mappedDna, mappedProtein, false);
312     return mappingPerformed;
313   }
314
315   /**
316    * Make mappings between compatible sequences (where the cDNA translation
317    * matches the protein).
318    * 
319    * @param proteinAlignment
320    * @param cdnaAlignment
321    * @param mappedDna
322    *          a set of mapped DNA sequences (to add to)
323    * @param mappedProtein
324    *          a set of mapped Protein sequences (to add to)
325    * @param xrefsOnly
326    *          if true, only map sequences where xrefs exist
327    * @return
328    */
329   protected static boolean mapProteinToCdna(
330           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment,
331           Set<SequenceI> mappedDna, Set<SequenceI> mappedProtein,
332           boolean xrefsOnly)
333   {
334     boolean mappingExistsOrAdded = false;
335     List<SequenceI> thisSeqs = proteinAlignment.getSequences();
336     for (SequenceI aaSeq : thisSeqs)
337     {
338       boolean proteinMapped = false;
339       AlignedCodonFrame acf = new AlignedCodonFrame();
340
341       for (SequenceI cdnaSeq : cdnaAlignment.getSequences())
342       {
343         /*
344          * Always try to map if sequences have xref to each other; this supports
345          * variant cDNA or alternative splicing for a protein sequence.
346          * 
347          * If no xrefs, try to map progressively, assuming that alignments have
348          * mappable sequences in corresponding order. These are not
349          * many-to-many, as that would risk mixing species with similar cDNA
350          * sequences.
351          */
352         if (xrefsOnly && !AlignmentUtils.haveCrossRef(aaSeq, cdnaSeq))
353         {
354           continue;
355         }
356
357         /*
358          * Don't map non-xrefd sequences more than once each. This heuristic
359          * allows us to pair up similar sequences in ordered alignments.
360          */
361         if (!xrefsOnly && (mappedProtein.contains(aaSeq)
362                 || mappedDna.contains(cdnaSeq)))
363         {
364           continue;
365         }
366         if (mappingExists(proteinAlignment.getCodonFrames(),
367                 aaSeq.getDatasetSequence(), cdnaSeq.getDatasetSequence()))
368         {
369           mappingExistsOrAdded = true;
370         }
371         else
372         {
373           MapList map = mapCdnaToProtein(aaSeq, cdnaSeq);
374           if (map != null)
375           {
376             acf.addMap(cdnaSeq, aaSeq, map);
377             mappingExistsOrAdded = true;
378             proteinMapped = true;
379             mappedDna.add(cdnaSeq);
380             mappedProtein.add(aaSeq);
381           }
382         }
383       }
384       if (proteinMapped)
385       {
386         proteinAlignment.addCodonFrame(acf);
387       }
388     }
389     return mappingExistsOrAdded;
390   }
391
392   /**
393    * Answers true if the mappings include one between the given (dataset)
394    * sequences.
395    */
396   protected static boolean mappingExists(List<AlignedCodonFrame> mappings,
397           SequenceI aaSeq, SequenceI cdnaSeq)
398   {
399     if (mappings != null)
400     {
401       for (AlignedCodonFrame acf : mappings)
402       {
403         if (cdnaSeq == acf.getDnaForAaSeq(aaSeq))
404         {
405           return true;
406         }
407       }
408     }
409     return false;
410   }
411
412   /**
413    * Builds a mapping (if possible) of a cDNA to a protein sequence.
414    * <ul>
415    * <li>first checks if the cdna translates exactly to the protein
416    * sequence</li>
417    * <li>else checks for translation after removing a STOP codon</li>
418    * <li>else checks for translation after removing a START codon</li>
419    * <li>if that fails, inspect CDS features on the cDNA sequence</li>
420    * </ul>
421    * Returns null if no mapping is determined.
422    * 
423    * @param proteinSeq
424    *          the aligned protein sequence
425    * @param cdnaSeq
426    *          the aligned cdna sequence
427    * @return
428    */
429   public static MapList mapCdnaToProtein(SequenceI proteinSeq,
430           SequenceI cdnaSeq)
431   {
432     /*
433      * Here we handle either dataset sequence set (desktop) or absent (applet).
434      * Use only the char[] form of the sequence to avoid creating possibly large
435      * String objects.
436      */
437     final SequenceI proteinDataset = proteinSeq.getDatasetSequence();
438     char[] aaSeqChars = proteinDataset != null
439             ? proteinDataset.getSequence()
440             : proteinSeq.getSequence();
441     final SequenceI cdnaDataset = cdnaSeq.getDatasetSequence();
442     char[] cdnaSeqChars = cdnaDataset != null ? cdnaDataset.getSequence()
443             : cdnaSeq.getSequence();
444     if (aaSeqChars == null || cdnaSeqChars == null)
445     {
446       return null;
447     }
448
449     /*
450      * cdnaStart/End, proteinStartEnd are base 1 (for dataset sequence mapping)
451      */
452     final int mappedLength = CODON_LENGTH * aaSeqChars.length;
453     int cdnaLength = cdnaSeqChars.length;
454     int cdnaStart = cdnaSeq.getStart();
455     int cdnaEnd = cdnaSeq.getEnd();
456     final int proteinStart = proteinSeq.getStart();
457     final int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
458
459     /*
460      * If lengths don't match, try ignoring stop codon (if present)
461      */
462     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2)
463     {
464       String lastCodon = String.valueOf(cdnaSeqChars,
465               cdnaLength - CODON_LENGTH, CODON_LENGTH).toUpperCase();
466       for (String stop : ResidueProperties.STOP_CODONS)
467       {
468         if (lastCodon.equals(stop))
469         {
470           cdnaEnd -= CODON_LENGTH;
471           cdnaLength -= CODON_LENGTH;
472           break;
473         }
474       }
475     }
476
477     /*
478      * If lengths still don't match, try ignoring start codon.
479      */
480     int startOffset = 0;
481     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2
482             && String.valueOf(cdnaSeqChars, 0, CODON_LENGTH).toUpperCase()
483                     .equals(ResidueProperties.START))
484     {
485       startOffset += CODON_LENGTH;
486       cdnaStart += CODON_LENGTH;
487       cdnaLength -= CODON_LENGTH;
488     }
489
490     if (translatesAs(cdnaSeqChars, startOffset, aaSeqChars))
491     {
492       /*
493        * protein is translation of dna (+/- start/stop codons)
494        */
495       MapList map = new MapList(new int[] { cdnaStart, cdnaEnd },
496               new int[]
497               { proteinStart, proteinEnd }, CODON_LENGTH, 1);
498       return map;
499     }
500
501     /*
502      * translation failed - try mapping CDS annotated regions of dna
503      */
504     return mapCdsToProtein(cdnaSeq, proteinSeq);
505   }
506
507   /**
508    * Test whether the given cdna sequence, starting at the given offset,
509    * translates to the given amino acid sequence, using the standard translation
510    * table. Designed to fail fast i.e. as soon as a mismatch position is found.
511    * 
512    * @param cdnaSeqChars
513    * @param cdnaStart
514    * @param aaSeqChars
515    * @return
516    */
517   protected static boolean translatesAs(char[] cdnaSeqChars, int cdnaStart,
518           char[] aaSeqChars)
519   {
520     if (cdnaSeqChars == null || aaSeqChars == null)
521     {
522       return false;
523     }
524
525     int aaPos = 0;
526     int dnaPos = cdnaStart;
527     for (; dnaPos < cdnaSeqChars.length - 2
528             && aaPos < aaSeqChars.length; dnaPos += CODON_LENGTH, aaPos++)
529     {
530       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
531       final String translated = ResidueProperties.codonTranslate(codon);
532
533       /*
534        * allow * in protein to match untranslatable in dna
535        */
536       final char aaRes = aaSeqChars[aaPos];
537       if ((translated == null || ResidueProperties.STOP.equals(translated))
538               && aaRes == '*')
539       {
540         continue;
541       }
542       if (translated == null || !(aaRes == translated.charAt(0)))
543       {
544         // debug
545         // System.out.println(("Mismatch at " + i + "/" + aaResidue + ": "
546         // + codon + "(" + translated + ") != " + aaRes));
547         return false;
548       }
549     }
550
551     /*
552      * check we matched all of the protein sequence
553      */
554     if (aaPos != aaSeqChars.length)
555     {
556       return false;
557     }
558
559     /*
560      * check we matched all of the dna except
561      * for optional trailing STOP codon
562      */
563     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length)
564     {
565       return true;
566     }
567     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length - CODON_LENGTH)
568     {
569       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
570       if (ResidueProperties.STOP
571               .equals(ResidueProperties.codonTranslate(codon)))
572       {
573         return true;
574       }
575     }
576     return false;
577   }
578
579   /**
580    * Align sequence 'seq' to match the alignment of a mapped sequence. Note this
581    * currently assumes that we are aligning cDNA to match protein.
582    * 
583    * @param seq
584    *          the sequence to be realigned
585    * @param al
586    *          the alignment whose sequence alignment is to be 'copied'
587    * @param gap
588    *          character string represent a gap in the realigned sequence
589    * @param preserveUnmappedGaps
590    * @param preserveMappedGaps
591    * @return true if the sequence was realigned, false if it could not be
592    */
593   public static boolean alignSequenceAs(SequenceI seq, AlignmentI al,
594           String gap, boolean preserveMappedGaps,
595           boolean preserveUnmappedGaps)
596   {
597     /*
598      * Get any mappings from the source alignment to the target (dataset)
599      * sequence.
600      */
601     // TODO there may be one AlignedCodonFrame per dataset sequence, or one with
602     // all mappings. Would it help to constrain this?
603     List<AlignedCodonFrame> mappings = al.getCodonFrame(seq);
604     if (mappings == null || mappings.isEmpty())
605     {
606       return false;
607     }
608
609     /*
610      * Locate the aligned source sequence whose dataset sequence is mapped. We
611      * just take the first match here (as we can't align like more than one
612      * sequence).
613      */
614     SequenceI alignFrom = null;
615     AlignedCodonFrame mapping = null;
616     for (AlignedCodonFrame mp : mappings)
617     {
618       alignFrom = mp.findAlignedSequence(seq, al);
619       if (alignFrom != null)
620       {
621         mapping = mp;
622         break;
623       }
624     }
625
626     if (alignFrom == null)
627     {
628       return false;
629     }
630     alignSequenceAs(seq, alignFrom, mapping, gap, al.getGapCharacter(),
631             preserveMappedGaps, preserveUnmappedGaps);
632     return true;
633   }
634
635   /**
636    * Align sequence 'alignTo' the same way as 'alignFrom', using the mapping to
637    * match residues and codons. Flags control whether existing gaps in unmapped
638    * (intron) and mapped (exon) regions are preserved or not. Gaps between
639    * intron and exon are only retained if both flags are set.
640    * 
641    * @param alignTo
642    * @param alignFrom
643    * @param mapping
644    * @param myGap
645    * @param sourceGap
646    * @param preserveUnmappedGaps
647    * @param preserveMappedGaps
648    */
649   public static void alignSequenceAs(SequenceI alignTo, SequenceI alignFrom,
650           AlignedCodonFrame mapping, String myGap, char sourceGap,
651           boolean preserveMappedGaps, boolean preserveUnmappedGaps)
652   {
653     // TODO generalise to work for Protein-Protein, dna-dna, dna-protein
654
655     // aligned and dataset sequence positions, all base zero
656     int thisSeqPos = 0;
657     int sourceDsPos = 0;
658
659     int basesWritten = 0;
660     char myGapChar = myGap.charAt(0);
661     int ratio = myGap.length();
662
663     int fromOffset = alignFrom.getStart() - 1;
664     int toOffset = alignTo.getStart() - 1;
665     int sourceGapMappedLength = 0;
666     boolean inExon = false;
667     final int toLength = alignTo.getLength();
668     final int fromLength = alignFrom.getLength();
669     StringBuilder thisAligned = new StringBuilder(2 * toLength);
670
671     /*
672      * Traverse the 'model' aligned sequence
673      */
674     for (int i = 0; i < fromLength; i++)
675     {
676       char sourceChar = alignFrom.getCharAt(i);
677       if (sourceChar == sourceGap)
678       {
679         sourceGapMappedLength += ratio;
680         continue;
681       }
682
683       /*
684        * Found a non-gap character. Locate its mapped region if any.
685        */
686       sourceDsPos++;
687       // Note mapping positions are base 1, our sequence positions base 0
688       int[] mappedPos = mapping.getMappedRegion(alignTo, alignFrom,
689               sourceDsPos + fromOffset);
690       if (mappedPos == null)
691       {
692         /*
693          * unmapped position; treat like a gap
694          */
695         sourceGapMappedLength += ratio;
696         // System.err.println("Can't align: no codon mapping to residue "
697         // + sourceDsPos + "(" + sourceChar + ")");
698         // return;
699         continue;
700       }
701
702       int mappedCodonStart = mappedPos[0]; // position (1...) of codon start
703       int mappedCodonEnd = mappedPos[mappedPos.length - 1]; // codon end pos
704       StringBuilder trailingCopiedGap = new StringBuilder();
705
706       /*
707        * Copy dna sequence up to and including this codon. Optionally, include
708        * gaps before the codon starts (in introns) and/or after the codon starts
709        * (in exons).
710        * 
711        * Note this only works for 'linear' splicing, not reverse or interleaved.
712        * But then 'align dna as protein' doesn't make much sense otherwise.
713        */
714       int intronLength = 0;
715       while (basesWritten + toOffset < mappedCodonEnd
716               && thisSeqPos < toLength)
717       {
718         final char c = alignTo.getCharAt(thisSeqPos++);
719         if (c != myGapChar)
720         {
721           basesWritten++;
722           int sourcePosition = basesWritten + toOffset;
723           if (sourcePosition < mappedCodonStart)
724           {
725             /*
726              * Found an unmapped (intron) base. First add in any preceding gaps
727              * (if wanted).
728              */
729             if (preserveUnmappedGaps && trailingCopiedGap.length() > 0)
730             {
731               thisAligned.append(trailingCopiedGap.toString());
732               intronLength += trailingCopiedGap.length();
733               trailingCopiedGap = new StringBuilder();
734             }
735             intronLength++;
736             inExon = false;
737           }
738           else
739           {
740             final boolean startOfCodon = sourcePosition == mappedCodonStart;
741             int gapsToAdd = calculateGapsToInsert(preserveMappedGaps,
742                     preserveUnmappedGaps, sourceGapMappedLength, inExon,
743                     trailingCopiedGap.length(), intronLength, startOfCodon);
744             for (int k = 0; k < gapsToAdd; k++)
745             {
746               thisAligned.append(myGapChar);
747             }
748             sourceGapMappedLength = 0;
749             inExon = true;
750           }
751           thisAligned.append(c);
752           trailingCopiedGap = new StringBuilder();
753         }
754         else
755         {
756           if (inExon && preserveMappedGaps)
757           {
758             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
759           }
760           else if (!inExon && preserveUnmappedGaps)
761           {
762             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
763           }
764         }
765       }
766     }
767
768     /*
769      * At end of model aligned sequence. Copy any remaining target sequence, optionally
770      * including (intron) gaps.
771      */
772     while (thisSeqPos < toLength)
773     {
774       final char c = alignTo.getCharAt(thisSeqPos++);
775       if (c != myGapChar || preserveUnmappedGaps)
776       {
777         thisAligned.append(c);
778       }
779       sourceGapMappedLength--;
780     }
781
782     /*
783      * finally add gaps to pad for any trailing source gaps or
784      * unmapped characters
785      */
786     if (preserveUnmappedGaps)
787     {
788       while (sourceGapMappedLength > 0)
789       {
790         thisAligned.append(myGapChar);
791         sourceGapMappedLength--;
792       }
793     }
794
795     /*
796      * All done aligning, set the aligned sequence.
797      */
798     alignTo.setSequence(new String(thisAligned));
799   }
800
801   /**
802    * Helper method to work out how many gaps to insert when realigning.
803    * 
804    * @param preserveMappedGaps
805    * @param preserveUnmappedGaps
806    * @param sourceGapMappedLength
807    * @param inExon
808    * @param trailingCopiedGap
809    * @param intronLength
810    * @param startOfCodon
811    * @return
812    */
813   protected static int calculateGapsToInsert(boolean preserveMappedGaps,
814           boolean preserveUnmappedGaps, int sourceGapMappedLength,
815           boolean inExon, int trailingGapLength, int intronLength,
816           final boolean startOfCodon)
817   {
818     int gapsToAdd = 0;
819     if (startOfCodon)
820     {
821       /*
822        * Reached start of codon. Ignore trailing gaps in intron unless we are
823        * preserving gaps in both exon and intron. Ignore them anyway if the
824        * protein alignment introduces a gap at least as large as the intronic
825        * region.
826        */
827       if (inExon && !preserveMappedGaps)
828       {
829         trailingGapLength = 0;
830       }
831       if (!inExon && !(preserveMappedGaps && preserveUnmappedGaps))
832       {
833         trailingGapLength = 0;
834       }
835       if (inExon)
836       {
837         gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
838       }
839       else
840       {
841         if (intronLength + trailingGapLength <= sourceGapMappedLength)
842         {
843           gapsToAdd = sourceGapMappedLength - intronLength;
844         }
845         else
846         {
847           gapsToAdd = Math.min(
848                   intronLength + trailingGapLength - sourceGapMappedLength,
849                   trailingGapLength);
850         }
851       }
852     }
853     else
854     {
855       /*
856        * second or third base of codon; check for any gaps in dna
857        */
858       if (!preserveMappedGaps)
859       {
860         trailingGapLength = 0;
861       }
862       gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
863     }
864     return gapsToAdd;
865   }
866
867   /**
868    * Realigns the given protein to match the alignment of the dna, using codon
869    * mappings to translate aligned codon positions to protein residues.
870    * 
871    * @param protein
872    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
873    * @param dna
874    *          the dna alignment whose alignment we are 'copying'
875    * @return the number of sequences that were realigned
876    */
877   public static int alignProteinAsDna(AlignmentI protein, AlignmentI dna)
878   {
879     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
880     {
881       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
882       return 0;
883     }
884     List<SequenceI> unmappedProtein = new ArrayList<>();
885     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = buildCodonColumnsMap(
886             protein, dna, unmappedProtein);
887     return alignProteinAs(protein, alignedCodons, unmappedProtein);
888   }
889
890   /**
891    * Realigns the given dna to match the alignment of the protein, using codon
892    * mappings to translate aligned peptide positions to codons.
893    * 
894    * Always produces a padded CDS alignment.
895    * 
896    * @param dna
897    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
898    * @param protein
899    *          the protein alignment whose alignment we are 'copying'
900    * @return the number of sequences that were realigned
901    */
902   public static int alignCdsAsProtein(AlignmentI dna, AlignmentI protein)
903   {
904     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
905     {
906       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
907       return 0;
908     }
909     // todo: implement this
910     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
911     int alignedCount = 0;
912     int width = 0; // alignment width for padding CDS
913     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
914     {
915       if (alignCdsSequenceAsProtein(dnaSeq, protein, mappings,
916               dna.getGapCharacter()))
917       {
918         alignedCount++;
919       }
920       width = Math.max(dnaSeq.getLength(), width);
921     }
922     int oldwidth;
923     int diff;
924     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
925     {
926       oldwidth = dnaSeq.getLength();
927       diff = width - oldwidth;
928       if (diff > 0)
929       {
930         dnaSeq.insertCharAt(oldwidth, diff, dna.getGapCharacter());
931       }
932     }
933     return alignedCount;
934   }
935
936   /**
937    * Helper method to align (if possible) the dna sequence to match the
938    * alignment of a mapped protein sequence. This is currently limited to
939    * handling coding sequence only.
940    * 
941    * @param cdsSeq
942    * @param protein
943    * @param mappings
944    * @param gapChar
945    * @return
946    */
947   static boolean alignCdsSequenceAsProtein(SequenceI cdsSeq,
948           AlignmentI protein, List<AlignedCodonFrame> mappings,
949           char gapChar)
950   {
951     SequenceI cdsDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
952     if (cdsDss == null)
953     {
954       System.err
955               .println("alignCdsSequenceAsProtein needs aligned sequence!");
956       return false;
957     }
958
959     List<AlignedCodonFrame> dnaMappings = MappingUtils
960             .findMappingsForSequence(cdsSeq, mappings);
961     for (AlignedCodonFrame mapping : dnaMappings)
962     {
963       List<SequenceToSequenceMapping> foundMap=new ArrayList<>();
964       SequenceI peptide = mapping.findAlignedSequence(cdsSeq, protein,foundMap);
965       if (peptide != null)
966       {
967         final int peptideLength = peptide.getLength();
968         Mapping map = foundMap.get(0).getMapping();
969         if (map != null)
970         {
971           MapList mapList = map.getMap();
972           if (map.getTo() == peptide.getDatasetSequence())
973           {
974             mapList = mapList.getInverse();
975           }
976           final int cdsLength = cdsDss.getLength();
977           int mappedFromLength = MappingUtils.getLength(mapList
978                   .getFromRanges());
979           int mappedToLength = MappingUtils
980                   .getLength(mapList.getToRanges());
981           boolean addStopCodon = (cdsLength == mappedFromLength
982                   * CODON_LENGTH + CODON_LENGTH)
983                   || (peptide.getDatasetSequence()
984                           .getLength() == mappedFromLength - 1);
985           if (cdsLength != mappedToLength && !addStopCodon)
986           {
987             System.err.println(String.format(
988                     "Can't align cds as protein (length mismatch %d/%d): %s",
989                     cdsLength, mappedToLength, cdsSeq.getName()));
990           }
991
992           /*
993            * pre-fill the aligned cds sequence with gaps
994            */
995           char[] alignedCds = new char[peptideLength * CODON_LENGTH
996                   + (addStopCodon ? CODON_LENGTH : 0)];
997           Arrays.fill(alignedCds, gapChar);
998
999           /*
1000            * walk over the aligned peptide sequence and insert mapped 
1001            * codons for residues in the aligned cds sequence 
1002            */
1003           int copiedBases = 0;
1004           int cdsStart = cdsDss.getStart();
1005           int proteinPos = peptide.getStart() - 1;
1006           int cdsCol = 0;
1007
1008           for (int col = 0; col < peptideLength; col++)
1009           {
1010             char residue = peptide.getCharAt(col);
1011
1012             if (Comparison.isGap(residue))
1013             {
1014               cdsCol += CODON_LENGTH;
1015             }
1016             else
1017             {
1018               proteinPos++;
1019               int[] codon = mapList.locateInTo(proteinPos, proteinPos);
1020               if (codon == null)
1021               {
1022                 // e.g. incomplete start codon, X in peptide
1023                 cdsCol += CODON_LENGTH;
1024               }
1025               else
1026               {
1027                 for (int j = codon[0]; j <= codon[1]; j++)
1028                 {
1029                   char mappedBase = cdsDss.getCharAt(j - cdsStart);
1030                   alignedCds[cdsCol++] = mappedBase;
1031                   copiedBases++;
1032                 }
1033               }
1034             }
1035           }
1036
1037           /*
1038            * append stop codon if not mapped from protein,
1039            * closing it up to the end of the mapped sequence
1040            */
1041           if (copiedBases == cdsLength - CODON_LENGTH)
1042           {
1043             for (int i = alignedCds.length - 1; i >= 0; i--)
1044             {
1045               if (!Comparison.isGap(alignedCds[i]))
1046               {
1047                 cdsCol = i + 1; // gap just after end of sequence
1048                 break;
1049               }
1050             }
1051             for (int i = cdsLength - CODON_LENGTH; i < cdsLength; i++)
1052             {
1053               alignedCds[cdsCol++] = cdsDss.getCharAt(i);
1054             }
1055           }
1056           cdsSeq.setSequence(new String(alignedCds));
1057           return true;
1058         }
1059       }
1060     }
1061     return false;
1062   }
1063
1064   /**
1065    * Builds a map whose key is an aligned codon position (3 alignment column
1066    * numbers base 0), and whose value is a map from protein sequence to each
1067    * protein's peptide residue for that codon. The map generates an ordering of
1068    * the codons, and allows us to read off the peptides at each position in
1069    * order to assemble 'aligned' protein sequences.
1070    * 
1071    * @param protein
1072    *          the protein alignment
1073    * @param dna
1074    *          the coding dna alignment
1075    * @param unmappedProtein
1076    *          any unmapped proteins are added to this list
1077    * @return
1078    */
1079   protected static Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> buildCodonColumnsMap(
1080           AlignmentI protein, AlignmentI dna,
1081           List<SequenceI> unmappedProtein)
1082   {
1083     /*
1084      * maintain a list of any proteins with no mappings - these will be
1085      * rendered 'as is' in the protein alignment as we can't align them
1086      */
1087     unmappedProtein.addAll(protein.getSequences());
1088
1089     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1090
1091     /*
1092      * Map will hold, for each aligned codon position e.g. [3, 5, 6], a map of
1093      * {dnaSequence, {proteinSequence, codonProduct}} at that position. The
1094      * comparator keeps the codon positions ordered.
1095      */
1096     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = new TreeMap<>(
1097             new CodonComparator());
1098
1099     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1100     {
1101       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1102       {
1103         SequenceI prot = mapping.findAlignedSequence(dnaSeq, protein);
1104         if (prot != null)
1105         {
1106           Mapping seqMap = mapping.getMappingForSequence(dnaSeq);
1107           addCodonPositions(dnaSeq, prot, protein.getGapCharacter(), seqMap,
1108                   alignedCodons);
1109           unmappedProtein.remove(prot);
1110         }
1111       }
1112     }
1113
1114     /*
1115      * Finally add any unmapped peptide start residues (e.g. for incomplete
1116      * codons) as if at the codon position before the second residue
1117      */
1118     // TODO resolve JAL-2022 so this fudge can be removed
1119     int mappedSequenceCount = protein.getHeight() - unmappedProtein.size();
1120     addUnmappedPeptideStarts(alignedCodons, mappedSequenceCount);
1121
1122     return alignedCodons;
1123   }
1124
1125   /**
1126    * Scans for any protein mapped from position 2 (meaning unmapped start
1127    * position e.g. an incomplete codon), and synthesizes a 'codon' for it at the
1128    * preceding position in the alignment
1129    * 
1130    * @param alignedCodons
1131    *          the codon-to-peptide map
1132    * @param mappedSequenceCount
1133    *          the number of distinct sequences in the map
1134    */
1135   protected static void addUnmappedPeptideStarts(
1136           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1137           int mappedSequenceCount)
1138   {
1139     // TODO delete this ugly hack once JAL-2022 is resolved
1140     // i.e. we can model startPhase > 0 (incomplete start codon)
1141
1142     List<SequenceI> sequencesChecked = new ArrayList<>();
1143     AlignedCodon lastCodon = null;
1144     Map<SequenceI, AlignedCodon> toAdd = new HashMap<>();
1145
1146     for (Entry<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> entry : alignedCodons
1147             .entrySet())
1148     {
1149       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> sequenceCodon : entry.getValue()
1150               .entrySet())
1151       {
1152         SequenceI seq = sequenceCodon.getKey();
1153         if (sequencesChecked.contains(seq))
1154         {
1155           continue;
1156         }
1157         sequencesChecked.add(seq);
1158         AlignedCodon codon = sequenceCodon.getValue();
1159         if (codon.peptideCol > 1)
1160         {
1161           System.err.println(
1162                   "Problem mapping protein with >1 unmapped start positions: "
1163                           + seq.getName());
1164         }
1165         else if (codon.peptideCol == 1)
1166         {
1167           /*
1168            * first position (peptideCol == 0) was unmapped - add it
1169            */
1170           if (lastCodon != null)
1171           {
1172             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(lastCodon.pos1,
1173                     lastCodon.pos2, lastCodon.pos3,
1174                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1175             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1176           }
1177           else
1178           {
1179             /*
1180              * unmapped residue at start of alignment (no prior column) -
1181              * 'insert' at nominal codon [0, 0, 0]
1182              */
1183             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(0, 0, 0,
1184                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1185             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1186           }
1187         }
1188         if (sequencesChecked.size() == mappedSequenceCount)
1189         {
1190           // no need to check past first mapped position in all sequences
1191           break;
1192         }
1193       }
1194       lastCodon = entry.getKey();
1195     }
1196
1197     /*
1198      * add any new codons safely after iterating over the map
1199      */
1200     for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> startCodon : toAdd.entrySet())
1201     {
1202       addCodonToMap(alignedCodons, startCodon.getValue(),
1203               startCodon.getKey());
1204     }
1205   }
1206
1207   /**
1208    * Update the aligned protein sequences to match the codon alignments given in
1209    * the map.
1210    * 
1211    * @param protein
1212    * @param alignedCodons
1213    *          an ordered map of codon positions (columns), with sequence/peptide
1214    *          values present in each column
1215    * @param unmappedProtein
1216    * @return
1217    */
1218   protected static int alignProteinAs(AlignmentI protein,
1219           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1220           List<SequenceI> unmappedProtein)
1221   {
1222     /*
1223      * prefill peptide sequences with gaps 
1224      */
1225     int alignedWidth = alignedCodons.size();
1226     char[] gaps = new char[alignedWidth];
1227     Arrays.fill(gaps, protein.getGapCharacter());
1228     Map<SequenceI, char[]> peptides = new HashMap<>();
1229     for (SequenceI seq : protein.getSequences())
1230     {
1231       if (!unmappedProtein.contains(seq))
1232       {
1233         peptides.put(seq, Arrays.copyOf(gaps, gaps.length));
1234       }
1235     }
1236
1237     /*
1238      * Traverse the codons left to right (as defined by CodonComparator)
1239      * and insert peptides in each column where the sequence is mapped.
1240      * This gives a peptide 'alignment' where residues are aligned if their
1241      * corresponding codons occupy the same columns in the cdna alignment.
1242      */
1243     int column = 0;
1244     for (AlignedCodon codon : alignedCodons.keySet())
1245     {
1246       final Map<SequenceI, AlignedCodon> columnResidues = alignedCodons
1247               .get(codon);
1248       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> entry : columnResidues.entrySet())
1249       {
1250         char residue = entry.getValue().product.charAt(0);
1251         peptides.get(entry.getKey())[column] = residue;
1252       }
1253       column++;
1254     }
1255
1256     /*
1257      * and finally set the constructed sequences
1258      */
1259     for (Entry<SequenceI, char[]> entry : peptides.entrySet())
1260     {
1261       entry.getKey().setSequence(new String(entry.getValue()));
1262     }
1263
1264     return 0;
1265   }
1266
1267   /**
1268    * Populate the map of aligned codons by traversing the given sequence
1269    * mapping, locating the aligned positions of mapped codons, and adding those
1270    * positions and their translation products to the map.
1271    * 
1272    * @param dna
1273    *          the aligned sequence we are mapping from
1274    * @param protein
1275    *          the sequence to be aligned to the codons
1276    * @param gapChar
1277    *          the gap character in the dna sequence
1278    * @param seqMap
1279    *          a mapping to a sequence translation
1280    * @param alignedCodons
1281    *          the map we are building up
1282    */
1283   static void addCodonPositions(SequenceI dna, SequenceI protein,
1284           char gapChar, Mapping seqMap,
1285           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons)
1286   {
1287     Iterator<AlignedCodon> codons = seqMap.getCodonIterator(dna, gapChar);
1288
1289     /*
1290      * add codon positions, and their peptide translations, to the alignment
1291      * map, while remembering the first codon mapped
1292      */
1293     while (codons.hasNext())
1294     {
1295       try
1296       {
1297         AlignedCodon codon = codons.next();
1298         addCodonToMap(alignedCodons, codon, protein);
1299       } catch (IncompleteCodonException e)
1300       {
1301         // possible incomplete trailing codon - ignore
1302       } catch (NoSuchElementException e)
1303       {
1304         // possibly peptide lacking STOP
1305       }
1306     }
1307   }
1308
1309   /**
1310    * Helper method to add a codon-to-peptide entry to the aligned codons map
1311    * 
1312    * @param alignedCodons
1313    * @param codon
1314    * @param protein
1315    */
1316   protected static void addCodonToMap(
1317           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1318           AlignedCodon codon, SequenceI protein)
1319   {
1320     Map<SequenceI, AlignedCodon> seqProduct = alignedCodons.get(codon);
1321     if (seqProduct == null)
1322     {
1323       seqProduct = new HashMap<>();
1324       alignedCodons.put(codon, seqProduct);
1325     }
1326     seqProduct.put(protein, codon);
1327   }
1328
1329   /**
1330    * Returns true if a cDNA/Protein mapping either exists, or could be made,
1331    * between at least one pair of sequences in the two alignments. Currently,
1332    * the logic is:
1333    * <ul>
1334    * <li>One alignment must be nucleotide, and the other protein</li>
1335    * <li>At least one pair of sequences must be already mapped, or mappable</li>
1336    * <li>Mappable means the nucleotide translation matches the protein
1337    * sequence</li>
1338    * <li>The translation may ignore start and stop codons if present in the
1339    * nucleotide</li>
1340    * </ul>
1341    * 
1342    * @param al1
1343    * @param al2
1344    * @return
1345    */
1346   public static boolean isMappable(AlignmentI al1, AlignmentI al2)
1347   {
1348     if (al1 == null || al2 == null)
1349     {
1350       return false;
1351     }
1352
1353     /*
1354      * Require one nucleotide and one protein
1355      */
1356     if (al1.isNucleotide() == al2.isNucleotide())
1357     {
1358       return false;
1359     }
1360     AlignmentI dna = al1.isNucleotide() ? al1 : al2;
1361     AlignmentI protein = dna == al1 ? al2 : al1;
1362     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1363     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1364     {
1365       for (SequenceI proteinSeq : protein.getSequences())
1366       {
1367         if (isMappable(dnaSeq, proteinSeq, mappings))
1368         {
1369           return true;
1370         }
1371       }
1372     }
1373     return false;
1374   }
1375
1376   /**
1377    * Returns true if the dna sequence is mapped, or could be mapped, to the
1378    * protein sequence.
1379    * 
1380    * @param dnaSeq
1381    * @param proteinSeq
1382    * @param mappings
1383    * @return
1384    */
1385   protected static boolean isMappable(SequenceI dnaSeq,
1386           SequenceI proteinSeq, List<AlignedCodonFrame> mappings)
1387   {
1388     if (dnaSeq == null || proteinSeq == null)
1389     {
1390       return false;
1391     }
1392
1393     SequenceI dnaDs = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1394             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1395     SequenceI proteinDs = proteinSeq.getDatasetSequence() == null
1396             ? proteinSeq
1397             : proteinSeq.getDatasetSequence();
1398
1399     for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1400     {
1401       if (proteinDs == mapping.getAaForDnaSeq(dnaDs))
1402       {
1403         /*
1404          * already mapped
1405          */
1406         return true;
1407       }
1408     }
1409
1410     /*
1411      * Just try to make a mapping (it is not yet stored), test whether
1412      * successful.
1413      */
1414     return mapCdnaToProtein(proteinDs, dnaDs) != null;
1415   }
1416
1417   /**
1418    * Finds any reference annotations associated with the sequences in
1419    * sequenceScope, that are not already added to the alignment, and adds them
1420    * to the 'candidates' map. Also populates a lookup table of annotation
1421    * labels, keyed by calcId, for use in constructing tooltips or the like.
1422    * 
1423    * @param sequenceScope
1424    *          the sequences to scan for reference annotations
1425    * @param labelForCalcId
1426    *          (optional) map to populate with label for calcId
1427    * @param candidates
1428    *          map to populate with annotations for sequence
1429    * @param al
1430    *          the alignment to check for presence of annotations
1431    */
1432   public static void findAddableReferenceAnnotations(
1433           List<SequenceI> sequenceScope, Map<String, String> labelForCalcId,
1434           final Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> candidates,
1435           AlignmentI al)
1436   {
1437     if (sequenceScope == null)
1438     {
1439       return;
1440     }
1441
1442     /*
1443      * For each sequence in scope, make a list of any annotations on the
1444      * underlying dataset sequence which are not already on the alignment.
1445      * 
1446      * Add to a map of { alignmentSequence, <List of annotations to add> }
1447      */
1448     for (SequenceI seq : sequenceScope)
1449     {
1450       SequenceI dataset = seq.getDatasetSequence();
1451       if (dataset == null)
1452       {
1453         continue;
1454       }
1455       AlignmentAnnotation[] datasetAnnotations = dataset.getAnnotation();
1456       if (datasetAnnotations == null)
1457       {
1458         continue;
1459       }
1460       final List<AlignmentAnnotation> result = new ArrayList<>();
1461       for (AlignmentAnnotation dsann : datasetAnnotations)
1462       {
1463         /*
1464          * Find matching annotations on the alignment. If none is found, then
1465          * add this annotation to the list of 'addable' annotations for this
1466          * sequence.
1467          */
1468         final Iterable<AlignmentAnnotation> matchedAlignmentAnnotations = al
1469                 .findAnnotations(seq, dsann.getCalcId(), dsann.label);
1470         if (!matchedAlignmentAnnotations.iterator().hasNext())
1471         {
1472           result.add(dsann);
1473           if (labelForCalcId != null)
1474           {
1475             labelForCalcId.put(dsann.getCalcId(), dsann.label);
1476           }
1477         }
1478       }
1479       /*
1480        * Save any addable annotations for this sequence
1481        */
1482       if (!result.isEmpty())
1483       {
1484         candidates.put(seq, result);
1485       }
1486     }
1487   }
1488
1489   /**
1490    * Adds annotations to the top of the alignment annotations, in the same order
1491    * as their related sequences.
1492    * 
1493    * @param annotations
1494    *          the annotations to add
1495    * @param alignment
1496    *          the alignment to add them to
1497    * @param selectionGroup
1498    *          current selection group (or null if none)
1499    */
1500   public static void addReferenceAnnotations(
1501           Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> annotations,
1502           final AlignmentI alignment, final SequenceGroup selectionGroup)
1503   {
1504     for (SequenceI seq : annotations.keySet())
1505     {
1506       for (AlignmentAnnotation ann : annotations.get(seq))
1507       {
1508         AlignmentAnnotation copyAnn = new AlignmentAnnotation(ann);
1509         int startRes = 0;
1510         int endRes = ann.annotations.length;
1511         if (selectionGroup != null)
1512         {
1513           startRes = selectionGroup.getStartRes();
1514           endRes = selectionGroup.getEndRes();
1515         }
1516         copyAnn.restrict(startRes, endRes);
1517
1518         /*
1519          * Add to the sequence (sets copyAnn.datasetSequence), unless the
1520          * original annotation is already on the sequence.
1521          */
1522         if (!seq.hasAnnotation(ann))
1523         {
1524           seq.addAlignmentAnnotation(copyAnn);
1525         }
1526         // adjust for gaps
1527         copyAnn.adjustForAlignment();
1528         // add to the alignment and set visible
1529         alignment.addAnnotation(copyAnn);
1530         copyAnn.visible = true;
1531       }
1532     }
1533   }
1534
1535   /**
1536    * Set visibility of alignment annotations of specified types (labels), for
1537    * specified sequences. This supports controls like "Show all secondary
1538    * structure", "Hide all Temp factor", etc.
1539    * 
1540    * @al the alignment to scan for annotations
1541    * @param types
1542    *          the types (labels) of annotations to be updated
1543    * @param forSequences
1544    *          if not null, only annotations linked to one of these sequences are
1545    *          in scope for update; if null, acts on all sequence annotations
1546    * @param anyType
1547    *          if this flag is true, 'types' is ignored (label not checked)
1548    * @param doShow
1549    *          if true, set visibility on, else set off
1550    */
1551   public static void showOrHideSequenceAnnotations(AlignmentI al,
1552           Collection<String> types, List<SequenceI> forSequences,
1553           boolean anyType, boolean doShow)
1554   {
1555     AlignmentAnnotation[] anns = al.getAlignmentAnnotation();
1556     if (anns != null)
1557     {
1558       for (AlignmentAnnotation aa : anns)
1559       {
1560         if (anyType || types.contains(aa.label))
1561         {
1562           if ((aa.sequenceRef != null) && (forSequences == null
1563                   || forSequences.contains(aa.sequenceRef)))
1564           {
1565             aa.visible = doShow;
1566           }
1567         }
1568       }
1569     }
1570   }
1571
1572   /**
1573    * Returns true if either sequence has a cross-reference to the other
1574    * 
1575    * @param seq1
1576    * @param seq2
1577    * @return
1578    */
1579   public static boolean haveCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1580   {
1581     // Note: moved here from class CrossRef as the latter class has dependencies
1582     // not availability to the applet's classpath
1583     return hasCrossRef(seq1, seq2) || hasCrossRef(seq2, seq1);
1584   }
1585
1586   /**
1587    * Returns true if seq1 has a cross-reference to seq2. Currently this assumes
1588    * that sequence name is structured as Source|AccessionId.
1589    * 
1590    * @param seq1
1591    * @param seq2
1592    * @return
1593    */
1594   public static boolean hasCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1595   {
1596     if (seq1 == null || seq2 == null)
1597     {
1598       return false;
1599     }
1600     String name = seq2.getName();
1601     final DBRefEntry[] xrefs = seq1.getDBRefs();
1602     if (xrefs != null)
1603     {
1604       for (DBRefEntry xref : xrefs)
1605       {
1606         String xrefName = xref.getSource() + "|" + xref.getAccessionId();
1607         // case-insensitive test, consistent with DBRefEntry.equalRef()
1608         if (xrefName.equalsIgnoreCase(name))
1609         {
1610           return true;
1611         }
1612       }
1613     }
1614     return false;
1615   }
1616
1617   /**
1618    * Constructs an alignment consisting of the mapped (CDS) regions in the given
1619    * nucleotide sequences, and updates mappings to match. The CDS sequences are
1620    * added to the original alignment's dataset, which is shared by the new
1621    * alignment. Mappings from nucleotide to CDS, and from CDS to protein, are
1622    * added to the alignment dataset.
1623    * 
1624    * @param dna
1625    *          aligned nucleotide (dna or cds) sequences
1626    * @param dataset
1627    *          the alignment dataset the sequences belong to
1628    * @param products
1629    *          (optional) to restrict results to CDS that map to specified
1630    *          protein products
1631    * @return an alignment whose sequences are the cds-only parts of the dna
1632    *         sequences (or null if no mappings are found)
1633    */
1634   public static AlignmentI makeCdsAlignment(SequenceI[] dna,
1635           AlignmentI dataset, SequenceI[] products)
1636   {
1637     if (dataset == null || dataset.getDataset() != null)
1638     {
1639       throw new IllegalArgumentException(
1640               "IMPLEMENTATION ERROR: dataset.getDataset() must be null!");
1641     }
1642     List<SequenceI> foundSeqs = new ArrayList<>();
1643     List<SequenceI> cdsSeqs = new ArrayList<>();
1644     List<AlignedCodonFrame> mappings = dataset.getCodonFrames();
1645     HashSet<SequenceI> productSeqs = null;
1646     if (products != null)
1647     {
1648       productSeqs = new HashSet<>();
1649       for (SequenceI seq : products)
1650       {
1651         productSeqs.add(seq.getDatasetSequence() == null ? seq : seq
1652                 .getDatasetSequence());
1653       }
1654     }
1655
1656     /*
1657      * Construct CDS sequences from mappings on the alignment dataset.
1658      * The logic is:
1659      * - find the protein product(s) mapped to from each dna sequence
1660      * - if the mapping covers the whole dna sequence (give or take start/stop
1661      *   codon), take the dna as the CDS sequence
1662      * - else search dataset mappings for a suitable dna sequence, i.e. one
1663      *   whose whole sequence is mapped to the protein 
1664      * - if no sequence found, construct one from the dna sequence and mapping
1665      *   (and add it to dataset so it is found if this is repeated)
1666      */
1667     for (SequenceI dnaSeq : dna)
1668     {
1669       SequenceI dnaDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1670               : dnaSeq.getDatasetSequence();
1671
1672       List<AlignedCodonFrame> seqMappings = MappingUtils
1673               .findMappingsForSequence(dnaSeq, mappings);
1674       for (AlignedCodonFrame mapping : seqMappings)
1675       {
1676         List<Mapping> mappingsFromSequence = mapping
1677                 .getMappingsFromSequence(dnaSeq);
1678
1679         for (Mapping aMapping : mappingsFromSequence)
1680         {
1681           MapList mapList = aMapping.getMap();
1682           if (mapList.getFromRatio() == 1)
1683           {
1684             /*
1685              * not a dna-to-protein mapping (likely dna-to-cds)
1686              */
1687             continue;
1688           }
1689
1690           /*
1691            * skip if mapping is not to one of the target set of proteins
1692            */
1693           SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1694           if (productSeqs != null && !productSeqs.contains(proteinProduct))
1695           {
1696             continue;
1697           }
1698
1699           /*
1700            * try to locate the CDS from the dataset mappings;
1701            * guard against duplicate results (for the case that protein has
1702            * dbrefs to both dna and cds sequences)
1703            */
1704           SequenceI cdsSeq = findCdsForProtein(mappings, dnaSeq,
1705                   seqMappings, aMapping);
1706           if (cdsSeq != null)
1707           {
1708             if (!foundSeqs.contains(cdsSeq))
1709             {
1710               foundSeqs.add(cdsSeq);
1711               SequenceI derivedSequence = cdsSeq.deriveSequence();
1712               cdsSeqs.add(derivedSequence);
1713               if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeq))
1714               {
1715                 dataset.addSequence(cdsSeq);
1716               }
1717             }
1718             continue;
1719           }
1720
1721           /*
1722            * didn't find mapped CDS sequence - construct it and add
1723            * its dataset sequence to the dataset
1724            */
1725           cdsSeq = makeCdsSequence(dnaSeq.getDatasetSequence(), aMapping,
1726                   dataset).deriveSequence();
1727           // cdsSeq has a name constructed as CDS|<dbref>
1728           // <dbref> will be either the accession for the coding sequence,
1729           // marked in the /via/ dbref to the protein product accession
1730           // or it will be the original nucleotide accession.
1731           SequenceI cdsSeqDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
1732
1733           cdsSeqs.add(cdsSeq);
1734
1735           /*
1736            * build the mapping from CDS to protein
1737            */
1738           List<int[]> cdsRange = Collections
1739                   .singletonList(new int[]
1740                   { cdsSeq.getStart(),
1741                       cdsSeq.getLength() + cdsSeq.getStart() - 1 });
1742           MapList cdsToProteinMap = new MapList(cdsRange,
1743                   mapList.getToRanges(), mapList.getFromRatio(),
1744                   mapList.getToRatio());
1745
1746           if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeqDss))
1747           {
1748             /*
1749              * if this sequence is a newly created one, add it to the dataset
1750              * and made a CDS to protein mapping (if sequence already exists,
1751              * CDS-to-protein mapping _is_ the transcript-to-protein mapping)
1752              */
1753             dataset.addSequence(cdsSeqDss);
1754             AlignedCodonFrame cdsToProteinMapping = new AlignedCodonFrame();
1755             cdsToProteinMapping.addMap(cdsSeqDss, proteinProduct,
1756                   cdsToProteinMap);
1757
1758             /*
1759              * guard against duplicating the mapping if repeating this action
1760              */
1761             if (!mappings.contains(cdsToProteinMapping))
1762             {
1763               mappings.add(cdsToProteinMapping);
1764             }
1765           }
1766
1767           propagateDBRefsToCDS(cdsSeqDss, dnaSeq.getDatasetSequence(),
1768                   proteinProduct, aMapping);
1769           /*
1770            * add another mapping from original 'from' range to CDS
1771            */
1772           AlignedCodonFrame dnaToCdsMapping = new AlignedCodonFrame();
1773           final MapList dnaToCdsMap = new MapList(mapList.getFromRanges(),
1774                   cdsRange, 1, 1);
1775           dnaToCdsMapping.addMap(dnaSeq.getDatasetSequence(), cdsSeqDss,
1776                   dnaToCdsMap);
1777           if (!mappings.contains(dnaToCdsMapping))
1778           {
1779             mappings.add(dnaToCdsMapping);
1780           }
1781
1782           /*
1783            * transfer dna chromosomal loci (if known) to the CDS
1784            * sequence (via the mapping)
1785            */
1786           final MapList cdsToDnaMap = dnaToCdsMap.getInverse();
1787           transferGeneLoci(dnaSeq, cdsToDnaMap, cdsSeq);
1788
1789           /*
1790            * add DBRef with mapping from protein to CDS
1791            * (this enables Get Cross-References from protein alignment)
1792            * This is tricky because we can't have two DBRefs with the
1793            * same source and accession, so need a different accession for
1794            * the CDS from the dna sequence
1795            */
1796
1797           // specific use case:
1798           // Genomic contig ENSCHR:1, contains coding regions for ENSG01,
1799           // ENSG02, ENSG03, with transcripts and products similarly named.
1800           // cannot add distinct dbrefs mapping location on ENSCHR:1 to ENSG01
1801
1802           // JBPNote: ?? can't actually create an example that demonstrates we
1803           // need to
1804           // synthesize an xref.
1805
1806           for (DBRefEntry primRef : dnaDss.getPrimaryDBRefs())
1807           {
1808             /*
1809              * create a cross-reference from CDS to the source sequence's
1810              * primary reference and vice versa
1811              */
1812             String source = primRef.getSource();
1813             String version = primRef.getVersion();
1814             DBRefEntry cdsCrossRef = new DBRefEntry(source, source + ":"
1815                     + version, primRef.getAccessionId());
1816             cdsCrossRef.setMap(new Mapping(dnaDss, new MapList(cdsToDnaMap)));
1817             cdsSeqDss.addDBRef(cdsCrossRef);
1818
1819             dnaSeq.addDBRef(new DBRefEntry(source, version, cdsSeq
1820                     .getName(), new Mapping(cdsSeqDss, dnaToCdsMap)));
1821
1822             // problem here is that the cross-reference is synthesized -
1823             // cdsSeq.getName() may be like 'CDS|dnaaccession' or
1824             // 'CDS|emblcdsacc'
1825             // assuming cds version same as dna ?!?
1826
1827             DBRefEntry proteinToCdsRef = new DBRefEntry(source, version,
1828                     cdsSeq.getName());
1829             //
1830             proteinToCdsRef.setMap(new Mapping(cdsSeqDss, cdsToProteinMap
1831                     .getInverse()));
1832             proteinProduct.addDBRef(proteinToCdsRef);
1833           }
1834
1835           /*
1836            * transfer any features on dna that overlap the CDS
1837            */
1838           transferFeatures(dnaSeq, cdsSeq, dnaToCdsMap, null,
1839                   SequenceOntologyI.CDS);
1840         }
1841       }
1842     }
1843
1844     AlignmentI cds = new Alignment(cdsSeqs.toArray(new SequenceI[cdsSeqs
1845             .size()]));
1846     cds.setDataset(dataset);
1847
1848     return cds;
1849   }
1850
1851   /**
1852    * Tries to transfer gene loci (dbref to chromosome positions) from fromSeq to
1853    * toSeq, mediated by the given mapping between the sequences
1854    * 
1855    * @param fromSeq
1856    * @param targetToFrom
1857    *          Map
1858    * @param targetSeq
1859    */
1860   protected static void transferGeneLoci(SequenceI fromSeq,
1861           MapList targetToFrom, SequenceI targetSeq)
1862   {
1863     if (targetSeq.getGeneLoci() != null)
1864     {
1865       // already have - don't override
1866       return;
1867     }
1868     GeneLociI fromLoci = fromSeq.getGeneLoci();
1869     if (fromLoci == null)
1870     {
1871       return;
1872     }
1873
1874     MapList newMap = targetToFrom.traverse(fromLoci.getMapping());
1875
1876     if (newMap != null)
1877     {
1878       targetSeq.setGeneLoci(fromLoci.getSpeciesId(),
1879               fromLoci.getAssemblyId(), fromLoci.getChromosomeId(), newMap);
1880     }
1881   }
1882
1883   /**
1884    * A helper method that finds a CDS sequence in the alignment dataset that is
1885    * mapped to the given protein sequence, and either is, or has a mapping from,
1886    * the given dna sequence.
1887    * 
1888    * @param mappings
1889    *          set of all mappings on the dataset
1890    * @param dnaSeq
1891    *          a dna (or cds) sequence we are searching from
1892    * @param seqMappings
1893    *          the set of mappings involving dnaSeq
1894    * @param aMapping
1895    *          a transcript-to-peptide mapping
1896    * @return
1897    */
1898   static SequenceI findCdsForProtein(List<AlignedCodonFrame> mappings,
1899           SequenceI dnaSeq, List<AlignedCodonFrame> seqMappings,
1900           Mapping aMapping)
1901   {
1902     /*
1903      * TODO a better dna-cds-protein mapping data representation to allow easy
1904      * navigation; until then this clunky looping around lists of mappings
1905      */
1906     SequenceI seqDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1907             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1908     SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1909
1910     /*
1911      * is this mapping from the whole dna sequence (i.e. CDS)?
1912      * allowing for possible stop codon on dna but not peptide
1913      */
1914     int mappedFromLength = MappingUtils
1915             .getLength(aMapping.getMap().getFromRanges());
1916     int dnaLength = seqDss.getLength();
1917     if (mappedFromLength == dnaLength
1918             || mappedFromLength == dnaLength - CODON_LENGTH)
1919     {
1920       /*
1921        * if sequence has CDS features, this is a transcript with no UTR
1922        * - do not take this as the CDS sequence! (JAL-2789)
1923        */
1924       if (seqDss.getFeatures().getFeaturesByOntology(SequenceOntologyI.CDS)
1925               .isEmpty())
1926       {
1927         return seqDss;
1928       }
1929     }
1930
1931     /*
1932      * looks like we found the dna-to-protein mapping; search for the
1933      * corresponding cds-to-protein mapping
1934      */
1935     List<AlignedCodonFrame> mappingsToPeptide = MappingUtils
1936             .findMappingsForSequence(proteinProduct, mappings);
1937     for (AlignedCodonFrame acf : mappingsToPeptide)
1938     {
1939       for (SequenceToSequenceMapping map : acf.getMappings())
1940       {
1941         Mapping mapping = map.getMapping();
1942         if (mapping != aMapping
1943                 && mapping.getMap().getFromRatio() == CODON_LENGTH
1944                 && proteinProduct == mapping.getTo()
1945                 && seqDss != map.getFromSeq())
1946         {
1947           mappedFromLength = MappingUtils
1948                   .getLength(mapping.getMap().getFromRanges());
1949           if (mappedFromLength == map.getFromSeq().getLength())
1950           {
1951             /*
1952             * found a 3:1 mapping to the protein product which covers
1953             * the whole dna sequence i.e. is from CDS; finally check the CDS
1954             * is mapped from the given dna start sequence
1955             */
1956             SequenceI cdsSeq = map.getFromSeq();
1957             // todo this test is weak if seqMappings contains multiple mappings;
1958             // we get away with it if transcript:cds relationship is 1:1
1959             List<AlignedCodonFrame> dnaToCdsMaps = MappingUtils
1960                     .findMappingsForSequence(cdsSeq, seqMappings);
1961             if (!dnaToCdsMaps.isEmpty())
1962             {
1963               return cdsSeq;
1964             }
1965           }
1966         }
1967       }
1968     }
1969     return null;
1970   }
1971
1972   /**
1973    * Helper method that makes a CDS sequence as defined by the mappings from the
1974    * given sequence i.e. extracts the 'mapped from' ranges (which may be on
1975    * forward or reverse strand).
1976    * 
1977    * @param seq
1978    * @param mapping
1979    * @param dataset
1980    *          - existing dataset. We check for sequences that look like the CDS
1981    *          we are about to construct, if one exists already, then we will
1982    *          just return that one.
1983    * @return CDS sequence (as a dataset sequence)
1984    */
1985   static SequenceI makeCdsSequence(SequenceI seq, Mapping mapping,
1986           AlignmentI dataset)
1987   {
1988     /*
1989      * construct CDS sequence name as "CDS|" with 'from id' held in the mapping
1990      * if set (e.g. EMBL protein_id), else sequence name appended
1991      */
1992     String mapFromId = mapping.getMappedFromId();
1993     final String seqId = "CDS|"
1994             + (mapFromId != null ? mapFromId : seq.getName());
1995
1996     SequenceI newSeq = null;
1997
1998     final MapList maplist = mapping.getMap();
1999     if (maplist.isContiguous() && maplist.isFromForwardStrand())
2000     {
2001       /*
2002        * just a subsequence, keep same dataset sequence
2003        */
2004       int start = maplist.getFromLowest();
2005       int end = maplist.getFromHighest();
2006       newSeq = seq.getSubSequence(start - 1, end);
2007       newSeq.setName(seqId);
2008     }
2009     else
2010     {
2011       /*
2012        * construct by splicing mapped from ranges
2013        */
2014       char[] seqChars = seq.getSequence();
2015       List<int[]> fromRanges = maplist.getFromRanges();
2016       int cdsWidth = MappingUtils.getLength(fromRanges);
2017       char[] newSeqChars = new char[cdsWidth];
2018
2019       int newPos = 0;
2020       for (int[] range : fromRanges)
2021       {
2022         if (range[0] <= range[1])
2023         {
2024           // forward strand mapping - just copy the range
2025           int length = range[1] - range[0] + 1;
2026           System.arraycopy(seqChars, range[0] - 1, newSeqChars, newPos,
2027                   length);
2028           newPos += length;
2029         }
2030         else
2031         {
2032           // reverse strand mapping - copy and complement one by one
2033           for (int i = range[0]; i >= range[1]; i--)
2034           {
2035             newSeqChars[newPos++] = Dna.getComplement(seqChars[i - 1]);
2036           }
2037         }
2038       }
2039
2040       newSeq = new Sequence(seqId, newSeqChars, 1, newPos);
2041     }
2042
2043     if (dataset != null)
2044     {
2045       SequenceI[] matches = dataset.findSequenceMatch(newSeq.getName());
2046       if (matches != null)
2047       {
2048         boolean matched = false;
2049         for (SequenceI mtch : matches)
2050         {
2051           if (mtch.getStart() != newSeq.getStart())
2052           {
2053             continue;
2054           }
2055           if (mtch.getEnd() != newSeq.getEnd())
2056           {
2057             continue;
2058           }
2059           if (!Arrays.equals(mtch.getSequence(), newSeq.getSequence()))
2060           {
2061             continue;
2062           }
2063           if (!matched)
2064           {
2065             matched = true;
2066             newSeq = mtch;
2067           }
2068           else
2069           {
2070             System.err.println(
2071                     "JAL-2154 regression: warning - found (and ignnored a duplicate CDS sequence):"
2072                             + mtch.toString());
2073           }
2074         }
2075       }
2076     }
2077     // newSeq.setDescription(mapFromId);
2078
2079     return newSeq;
2080   }
2081
2082   /**
2083    * Adds any DBRefEntrys to cdsSeq from contig that have a Mapping congruent to
2084    * the given mapping.
2085    * 
2086    * @param cdsSeq
2087    * @param contig
2088    * @param proteinProduct
2089    * @param mapping
2090    * @return list of DBRefEntrys added
2091    */
2092   protected static List<DBRefEntry> propagateDBRefsToCDS(SequenceI cdsSeq,
2093           SequenceI contig, SequenceI proteinProduct, Mapping mapping)
2094   {
2095
2096     // gather direct refs from contig congruent with mapping
2097     List<DBRefEntry> direct = new ArrayList<>();
2098     HashSet<String> directSources = new HashSet<>();
2099
2100     if (contig.getDBRefs() != null)
2101     {
2102       for (DBRefEntry dbr : contig.getDBRefs())
2103       {
2104         if (dbr.hasMap() && dbr.getMap().getMap().isTripletMap())
2105         {
2106           MapList map = dbr.getMap().getMap();
2107           // check if map is the CDS mapping
2108           if (mapping.getMap().equals(map))
2109           {
2110             direct.add(dbr);
2111             directSources.add(dbr.getSource());
2112           }
2113         }
2114       }
2115     }
2116     DBRefEntry[] onSource = DBRefUtils.selectRefs(
2117             proteinProduct.getDBRefs(),
2118             directSources.toArray(new String[0]));
2119     List<DBRefEntry> propagated = new ArrayList<>();
2120
2121     // and generate appropriate mappings
2122     for (DBRefEntry cdsref : direct)
2123     {
2124       // clone maplist and mapping
2125       MapList cdsposmap = new MapList(
2126               Arrays.asList(new int[][]
2127               { new int[] { cdsSeq.getStart(), cdsSeq.getEnd() } }),
2128               cdsref.getMap().getMap().getToRanges(), 3, 1);
2129       Mapping cdsmap = new Mapping(cdsref.getMap().getTo(),
2130               cdsref.getMap().getMap());
2131
2132       // create dbref
2133       DBRefEntry newref = new DBRefEntry(cdsref.getSource(),
2134               cdsref.getVersion(), cdsref.getAccessionId(),
2135               new Mapping(cdsmap.getTo(), cdsposmap));
2136
2137       // and see if we can map to the protein product for this mapping.
2138       // onSource is the filtered set of accessions on protein that we are
2139       // tranferring, so we assume accession is the same.
2140       if (cdsmap.getTo() == null && onSource != null)
2141       {
2142         List<DBRefEntry> sourceRefs = DBRefUtils.searchRefs(onSource,
2143                 cdsref.getAccessionId());
2144         if (sourceRefs != null)
2145         {
2146           for (DBRefEntry srcref : sourceRefs)
2147           {
2148             if (srcref.getSource().equalsIgnoreCase(cdsref.getSource()))
2149             {
2150               // we have found a complementary dbref on the protein product, so
2151               // update mapping's getTo
2152               newref.getMap().setTo(proteinProduct);
2153             }
2154           }
2155         }
2156       }
2157       cdsSeq.addDBRef(newref);
2158       propagated.add(newref);
2159     }
2160     return propagated;
2161   }
2162
2163   /**
2164    * Transfers co-located features on 'fromSeq' to 'toSeq', adjusting the
2165    * feature start/end ranges, optionally omitting specified feature types.
2166    * Returns the number of features copied.
2167    * 
2168    * @param fromSeq
2169    * @param toSeq
2170    * @param mapping
2171    *          the mapping from 'fromSeq' to 'toSeq'
2172    * @param select
2173    *          if not null, only features of this type are copied (including
2174    *          subtypes in the Sequence Ontology)
2175    * @param omitting
2176    */
2177   protected static int transferFeatures(SequenceI fromSeq, SequenceI toSeq,
2178           MapList mapping, String select, String... omitting)
2179   {
2180     SequenceI copyTo = toSeq;
2181     while (copyTo.getDatasetSequence() != null)
2182     {
2183       copyTo = copyTo.getDatasetSequence();
2184     }
2185     if (fromSeq == copyTo || fromSeq.getDatasetSequence() == copyTo)
2186     {
2187       return 0; // shared dataset sequence
2188     }
2189
2190     /*
2191      * get features, optionally restricted by an ontology term
2192      */
2193     List<SequenceFeature> sfs = select == null ? fromSeq.getFeatures()
2194             .getPositionalFeatures() : fromSeq.getFeatures()
2195             .getFeaturesByOntology(select);
2196
2197     int count = 0;
2198     for (SequenceFeature sf : sfs)
2199     {
2200       String type = sf.getType();
2201       boolean omit = false;
2202       for (String toOmit : omitting)
2203       {
2204         if (type.equals(toOmit))
2205         {
2206           omit = true;
2207         }
2208       }
2209       if (omit)
2210       {
2211         continue;
2212       }
2213
2214       /*
2215        * locate the mapped range - null if either start or end is
2216        * not mapped (no partial overlaps are calculated)
2217        */
2218       int start = sf.getBegin();
2219       int end = sf.getEnd();
2220       int[] mappedTo = mapping.locateInTo(start, end);
2221       /*
2222        * if whole exon range doesn't map, try interpreting it
2223        * as 5' or 3' exon overlapping the CDS range
2224        */
2225       if (mappedTo == null)
2226       {
2227         mappedTo = mapping.locateInTo(end, end);
2228         if (mappedTo != null)
2229         {
2230           /*
2231            * end of exon is in CDS range - 5' overlap
2232            * to a range from the start of the peptide
2233            */
2234           mappedTo[0] = 1;
2235         }
2236       }
2237       if (mappedTo == null)
2238       {
2239         mappedTo = mapping.locateInTo(start, start);
2240         if (mappedTo != null)
2241         {
2242           /*
2243            * start of exon is in CDS range - 3' overlap
2244            * to a range up to the end of the peptide
2245            */
2246           mappedTo[1] = toSeq.getLength();
2247         }
2248       }
2249       if (mappedTo != null)
2250       {
2251         int newBegin = Math.min(mappedTo[0], mappedTo[1]);
2252         int newEnd = Math.max(mappedTo[0], mappedTo[1]);
2253         SequenceFeature copy = new SequenceFeature(sf, newBegin, newEnd,
2254                 sf.getFeatureGroup(), sf.getScore());
2255         copyTo.addSequenceFeature(copy);
2256         count++;
2257       }
2258     }
2259     return count;
2260   }
2261
2262   /**
2263    * Returns a mapping from dna to protein by inspecting sequence features of
2264    * type "CDS" on the dna. A mapping is constructed if the total CDS feature
2265    * length is 3 times the peptide length (optionally after dropping a trailing
2266    * stop codon). This method does not check whether the CDS nucleotide sequence
2267    * translates to the peptide sequence.
2268    * 
2269    * @param dnaSeq
2270    * @param proteinSeq
2271    * @return
2272    */
2273   public static MapList mapCdsToProtein(SequenceI dnaSeq,
2274           SequenceI proteinSeq)
2275   {
2276     List<int[]> ranges = findCdsPositions(dnaSeq);
2277     int mappedDnaLength = MappingUtils.getLength(ranges);
2278
2279     /*
2280      * if not a whole number of codons, truncate mapping
2281      */
2282     int codonRemainder = mappedDnaLength % CODON_LENGTH;
2283     if (codonRemainder > 0)
2284     {
2285       mappedDnaLength -= codonRemainder;
2286       MappingUtils.removeEndPositions(codonRemainder, ranges);
2287     }
2288
2289     int proteinLength = proteinSeq.getLength();
2290     int proteinStart = proteinSeq.getStart();
2291     int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
2292
2293     /*
2294      * incomplete start codon may mean X at start of peptide
2295      * we ignore both for mapping purposes
2296      */
2297     if (proteinSeq.getCharAt(0) == 'X')
2298     {
2299       // todo JAL-2022 support startPhase > 0
2300       proteinStart++;
2301       proteinLength--;
2302     }
2303     List<int[]> proteinRange = new ArrayList<>();
2304
2305     /*
2306      * dna length should map to protein (or protein plus stop codon)
2307      */
2308     int codesForResidues = mappedDnaLength / CODON_LENGTH;
2309     if (codesForResidues == (proteinLength + 1))
2310     {
2311       // assuming extra codon is for STOP and not in peptide
2312       // todo: check trailing codon is indeed a STOP codon
2313       codesForResidues--;
2314       mappedDnaLength -= CODON_LENGTH;
2315       MappingUtils.removeEndPositions(CODON_LENGTH, ranges);
2316     }
2317
2318     if (codesForResidues == proteinLength)
2319     {
2320       proteinRange.add(new int[] { proteinStart, proteinEnd });
2321       return new MapList(ranges, proteinRange, CODON_LENGTH, 1);
2322     }
2323     return null;
2324   }
2325
2326   /**
2327    * Returns a list of CDS ranges found (as sequence positions base 1), i.e. of
2328    * [start, end] positions of sequence features of type "CDS" (or a sub-type of
2329    * CDS in the Sequence Ontology). The ranges are sorted into ascending start
2330    * position order, so this method is only valid for linear CDS in the same
2331    * sense as the protein product.
2332    * 
2333    * @param dnaSeq
2334    * @return
2335    */
2336   protected static List<int[]> findCdsPositions(SequenceI dnaSeq)
2337   {
2338     List<int[]> result = new ArrayList<>();
2339
2340     List<SequenceFeature> sfs = dnaSeq.getFeatures().getFeaturesByOntology(
2341             SequenceOntologyI.CDS);
2342     if (sfs.isEmpty())
2343     {
2344       return result;
2345     }
2346     SequenceFeatures.sortFeatures(sfs, true);
2347
2348     for (SequenceFeature sf : sfs)
2349     {
2350       int phase = 0;
2351       try
2352       {
2353         phase = Integer.parseInt(sf.getPhase());
2354       } catch (NumberFormatException e)
2355       {
2356         // ignore
2357       }
2358       /*
2359        * phase > 0 on first codon means 5' incomplete - skip to the start
2360        * of the next codon; example ENST00000496384
2361        */
2362       int begin = sf.getBegin();
2363       int end = sf.getEnd();
2364       if (result.isEmpty() && phase > 0)
2365       {
2366         begin += phase;
2367         if (begin > end)
2368         {
2369           // shouldn't happen!
2370           System.err
2371                   .println("Error: start phase extends beyond start CDS in "
2372                           + dnaSeq.getName());
2373         }
2374       }
2375       result.add(new int[] { begin, end });
2376     }
2377
2378     /*
2379      * Finally sort ranges by start position. This avoids a dependency on 
2380      * keeping features in order on the sequence (if they are in order anyway,
2381      * the sort will have almost no work to do). The implicit assumption is CDS
2382      * ranges are assembled in order. Other cases should not use this method,
2383      * but instead construct an explicit mapping for CDS (e.g. EMBL parsing).
2384      */
2385     Collections.sort(result, IntRangeComparator.ASCENDING);
2386     return result;
2387   }
2388
2389   /**
2390    * Makes an alignment with a copy of the given sequences, adding in any
2391    * non-redundant sequences which are mapped to by the cross-referenced
2392    * sequences.
2393    * 
2394    * @param seqs
2395    * @param xrefs
2396    * @param dataset
2397    *          the alignment dataset shared by the new copy
2398    * @return
2399    */
2400   public static AlignmentI makeCopyAlignment(SequenceI[] seqs,
2401           SequenceI[] xrefs, AlignmentI dataset)
2402   {
2403     AlignmentI copy = new Alignment(new Alignment(seqs));
2404     copy.setDataset(dataset);
2405     boolean isProtein = !copy.isNucleotide();
2406     SequenceIdMatcher matcher = new SequenceIdMatcher(seqs);
2407     if (xrefs != null)
2408     {
2409       for (SequenceI xref : xrefs)
2410       {
2411         DBRefEntry[] dbrefs = xref.getDBRefs();
2412         if (dbrefs != null)
2413         {
2414           for (DBRefEntry dbref : dbrefs)
2415           {
2416             if (dbref.getMap() == null || dbref.getMap().getTo() == null
2417                     || dbref.getMap().getTo().isProtein() != isProtein)
2418             {
2419               continue;
2420             }
2421             SequenceI mappedTo = dbref.getMap().getTo();
2422             SequenceI match = matcher.findIdMatch(mappedTo);
2423             if (match == null)
2424             {
2425               matcher.add(mappedTo);
2426               copy.addSequence(mappedTo);
2427             }
2428           }
2429         }
2430       }
2431     }
2432     return copy;
2433   }
2434
2435   /**
2436    * Try to align sequences in 'unaligned' to match the alignment of their
2437    * mapped regions in 'aligned'. For example, could use this to align CDS
2438    * sequences which are mapped to their parent cDNA sequences.
2439    * 
2440    * This method handles 1:1 mappings (dna-to-dna or protein-to-protein). For
2441    * dna-to-protein or protein-to-dna use alternative methods.
2442    * 
2443    * @param unaligned
2444    *          sequences to be aligned
2445    * @param aligned
2446    *          holds aligned sequences and their mappings
2447    * @return
2448    */
2449   public static int alignAs(AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned)
2450   {
2451     /*
2452      * easy case - aligning a copy of aligned sequences
2453      */
2454     if (alignAsSameSequences(unaligned, aligned))
2455     {
2456       return unaligned.getHeight();
2457     }
2458
2459     /*
2460      * fancy case - aligning via mappings between sequences
2461      */
2462     List<SequenceI> unmapped = new ArrayList<>();
2463     Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> columnMap = buildMappedColumnsMap(
2464             unaligned, aligned, unmapped);
2465     int width = columnMap.size();
2466     char gap = unaligned.getGapCharacter();
2467     int realignedCount = 0;
2468     // TODO: verify this loop scales sensibly for very wide/high alignments
2469
2470     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2471     {
2472       if (!unmapped.contains(seq))
2473       {
2474         char[] newSeq = new char[width];
2475         Arrays.fill(newSeq, gap); // JBPComment - doubt this is faster than the
2476                                   // Integer iteration below
2477         int newCol = 0;
2478         int lastCol = 0;
2479
2480         /*
2481          * traverse the map to find columns populated
2482          * by our sequence
2483          */
2484         for (Integer column : columnMap.keySet())
2485         {
2486           Character c = columnMap.get(column).get(seq);
2487           if (c != null)
2488           {
2489             /*
2490              * sequence has a character at this position
2491              * 
2492              */
2493             newSeq[newCol] = c;
2494             lastCol = newCol;
2495           }
2496           newCol++;
2497         }
2498
2499         /*
2500          * trim trailing gaps
2501          */
2502         if (lastCol < width)
2503         {
2504           char[] tmp = new char[lastCol + 1];
2505           System.arraycopy(newSeq, 0, tmp, 0, lastCol + 1);
2506           newSeq = tmp;
2507         }
2508         // TODO: optimise SequenceI to avoid char[]->String->char[]
2509         seq.setSequence(String.valueOf(newSeq));
2510         realignedCount++;
2511       }
2512     }
2513     return realignedCount;
2514   }
2515
2516   /**
2517    * If unaligned and aligned sequences share the same dataset sequences, then
2518    * simply copies the aligned sequences to the unaligned sequences and returns
2519    * true; else returns false
2520    * 
2521    * @param unaligned
2522    *                    - sequences to be aligned based on aligned
2523    * @param aligned
2524    *                    - 'guide' alignment containing sequences derived from same
2525    *                    dataset as unaligned
2526    * @return
2527    */
2528   static boolean alignAsSameSequences(AlignmentI unaligned,
2529           AlignmentI aligned)
2530   {
2531     if (aligned.getDataset() == null || unaligned.getDataset() == null)
2532     {
2533       return false; // should only pass alignments with datasets here
2534     }
2535
2536     // map from dataset sequence to alignment sequence(s)
2537     Map<SequenceI, List<SequenceI>> alignedDatasets = new HashMap<>();
2538     for (SequenceI seq : aligned.getSequences())
2539     {
2540       SequenceI ds = seq.getDatasetSequence();
2541       if (alignedDatasets.get(ds) == null)
2542       {
2543         alignedDatasets.put(ds, new ArrayList<SequenceI>());
2544       }
2545       alignedDatasets.get(ds).add(seq);
2546     }
2547
2548     /*
2549      * first pass - check whether all sequences to be aligned share a 
2550      * dataset sequence with an aligned sequence; also note the leftmost
2551      * ungapped column from which to copy
2552      */
2553     int leftmost = Integer.MAX_VALUE;
2554     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2555     {
2556       final SequenceI ds = seq.getDatasetSequence();
2557       if (!alignedDatasets.containsKey(ds))
2558       {
2559         return false;
2560       }
2561       SequenceI alignedSeq = alignedDatasets.get(ds)
2562               .get(0);
2563       int startCol = alignedSeq.findIndex(seq.getStart()); // 1..
2564       leftmost = Math.min(leftmost, startCol);
2565     }
2566
2567     /*
2568      * second pass - copy aligned sequences;
2569      * heuristic rule: pair off sequences in order for the case where 
2570      * more than one shares the same dataset sequence 
2571      */
2572     final char gapCharacter = aligned.getGapCharacter();
2573     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2574     {
2575       List<SequenceI> alignedSequences = alignedDatasets
2576               .get(seq.getDatasetSequence());
2577       if (alignedSequences.isEmpty())
2578       {
2579         /*
2580          * defensive check - shouldn't happen! (JAL-3536)
2581          */
2582         continue;
2583       }
2584       SequenceI alignedSeq = alignedSequences.get(0);
2585
2586       /*
2587        * gap fill for leading (5') UTR if any
2588        */
2589       // TODO this copies intron columns - wrong!
2590       int startCol = alignedSeq.findIndex(seq.getStart()); // 1..
2591       int endCol = alignedSeq.findIndex(seq.getEnd());
2592       char[] seqchars = new char[endCol - leftmost + 1];
2593       Arrays.fill(seqchars, gapCharacter);
2594       char[] toCopy = alignedSeq.getSequence(startCol - 1, endCol);
2595       System.arraycopy(toCopy, 0, seqchars, startCol - leftmost,
2596               toCopy.length);
2597       seq.setSequence(String.valueOf(seqchars));
2598       if (alignedSequences.size() > 0)
2599       {
2600         // pop off aligned sequences (except the last one)
2601         alignedSequences.remove(0);
2602       }
2603     }
2604
2605     /*
2606      * finally remove gapped columns (e.g. introns)
2607      */
2608     new RemoveGapColCommand("", unaligned.getSequencesArray(), 0,
2609             unaligned.getWidth() - 1, unaligned);
2610
2611     return true;
2612   }
2613
2614   /**
2615    * Returns a map whose key is alignment column number (base 1), and whose
2616    * values are a map of sequence characters in that column.
2617    * 
2618    * @param unaligned
2619    * @param aligned
2620    * @param unmapped
2621    * @return
2622    */
2623   static SortedMap<Integer, Map<SequenceI, Character>> buildMappedColumnsMap(
2624           AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned,
2625           List<SequenceI> unmapped)
2626   {
2627     /*
2628      * Map will hold, for each aligned column position, a map of
2629      * {unalignedSequence, characterPerSequence} at that position.
2630      * TreeMap keeps the entries in ascending column order. 
2631      */
2632     SortedMap<Integer, Map<SequenceI, Character>> map = new TreeMap<>();
2633
2634     /*
2635      * record any sequences that have no mapping so can't be realigned
2636      */
2637     unmapped.addAll(unaligned.getSequences());
2638
2639     List<AlignedCodonFrame> mappings = aligned.getCodonFrames();
2640
2641     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2642     {
2643       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
2644       {
2645         SequenceI fromSeq = mapping.findAlignedSequence(seq, aligned);
2646         if (fromSeq != null)
2647         {
2648           Mapping seqMap = mapping.getMappingBetween(fromSeq, seq);
2649           if (addMappedPositions(seq, fromSeq, seqMap, map))
2650           {
2651             unmapped.remove(seq);
2652           }
2653         }
2654       }
2655     }
2656     return map;
2657   }
2658
2659   /**
2660    * Helper method that adds to a map the mapped column positions of a sequence.
2661    * <br>
2662    * For example if aaTT-Tg-gAAA is mapped to TTTAAA then the map should record
2663    * that columns 3,4,6,10,11,12 map to characters T,T,T,A,A,A of the mapped to
2664    * sequence.
2665    * 
2666    * @param seq
2667    *          the sequence whose column positions we are recording
2668    * @param fromSeq
2669    *          a sequence that is mapped to the first sequence
2670    * @param seqMap
2671    *          the mapping from 'fromSeq' to 'seq'
2672    * @param map
2673    *          a map to add the column positions (in fromSeq) of the mapped
2674    *          positions of seq
2675    * @return
2676    */
2677   static boolean addMappedPositions(SequenceI seq, SequenceI fromSeq,
2678           Mapping seqMap, Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> map)
2679   {
2680     if (seqMap == null)
2681     {
2682       return false;
2683     }
2684
2685     /*
2686      * invert mapping if it is from unaligned to aligned sequence
2687      */
2688     if (seqMap.getTo() == fromSeq.getDatasetSequence())
2689     {
2690       seqMap = new Mapping(seq.getDatasetSequence(),
2691               seqMap.getMap().getInverse());
2692     }
2693
2694     int toStart = seq.getStart();
2695
2696     /*
2697      * traverse [start, end, start, end...] ranges in fromSeq
2698      */
2699     for (int[] fromRange : seqMap.getMap().getFromRanges())
2700     {
2701       for (int i = 0; i < fromRange.length - 1; i += 2)
2702       {
2703         boolean forward = fromRange[i + 1] >= fromRange[i];
2704
2705         /*
2706          * find the range mapped to (sequence positions base 1)
2707          */
2708         int[] range = seqMap.locateMappedRange(fromRange[i],
2709                 fromRange[i + 1]);
2710         if (range == null)
2711         {
2712           System.err.println("Error in mapping " + seqMap + " from "
2713                   + fromSeq.getName());
2714           return false;
2715         }
2716         int fromCol = fromSeq.findIndex(fromRange[i]);
2717         int mappedCharPos = range[0];
2718
2719         /*
2720          * walk over the 'from' aligned sequence in forward or reverse
2721          * direction; when a non-gap is found, record the column position
2722          * of the next character of the mapped-to sequence; stop when all
2723          * the characters of the range have been counted
2724          */
2725         while (mappedCharPos <= range[1] && fromCol <= fromSeq.getLength()
2726                 && fromCol >= 0)
2727         {
2728           if (!Comparison.isGap(fromSeq.getCharAt(fromCol - 1)))
2729           {
2730             /*
2731              * mapped from sequence has a character in this column
2732              * record the column position for the mapped to character
2733              */
2734             Map<SequenceI, Character> seqsMap = map.get(fromCol);
2735             if (seqsMap == null)
2736             {
2737               seqsMap = new HashMap<>();
2738               map.put(fromCol, seqsMap);
2739             }
2740             seqsMap.put(seq, seq.getCharAt(mappedCharPos - toStart));
2741             mappedCharPos++;
2742           }
2743           fromCol += (forward ? 1 : -1);
2744         }
2745       }
2746     }
2747     return true;
2748   }
2749
2750   // strictly temporary hack until proper criteria for aligning protein to cds
2751   // are in place; this is so Ensembl -> fetch xrefs Uniprot aligns the Uniprot
2752   public static boolean looksLikeEnsembl(AlignmentI alignment)
2753   {
2754     for (SequenceI seq : alignment.getSequences())
2755     {
2756       String name = seq.getName();
2757       if (!name.startsWith("ENSG") && !name.startsWith("ENST"))
2758       {
2759         return false;
2760       }
2761     }
2762     return true;
2763   }
2764 }