JAL-3763 always make a new dataset sequence for CDS sequence
[jalview.git] / src / jalview / analysis / AlignmentUtils.java
1 /*
2  * Jalview - A Sequence Alignment Editor and Viewer ($$Version-Rel$$)
3  * Copyright (C) $$Year-Rel$$ The Jalview Authors
4  * 
5  * This file is part of Jalview.
6  * 
7  * Jalview is free software: you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU General Public License 
9  * as published by the Free Software Foundation, either version 3
10  * of the License, or (at your option) any later version.
11  *  
12  * Jalview is distributed in the hope that it will be useful, but 
13  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty 
14  * of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR 
15  * PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
16  * 
17  * You should have received a copy of the GNU General Public License
18  * along with Jalview.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19  * The Jalview Authors are detailed in the 'AUTHORS' file.
20  */
21 package jalview.analysis;
22
23 import java.util.ArrayList;
24 import java.util.Arrays;
25 import java.util.Collection;
26 import java.util.Collections;
27 import java.util.HashMap;
28 import java.util.HashSet;
29 import java.util.Iterator;
30 import java.util.LinkedHashMap;
31 import java.util.List;
32 import java.util.Map;
33 import java.util.Map.Entry;
34 import java.util.NoSuchElementException;
35 import java.util.Set;
36 import java.util.SortedMap;
37 import java.util.TreeMap;
38
39 import jalview.bin.Cache;
40 import jalview.commands.RemoveGapColCommand;
41 import jalview.datamodel.AlignedCodon;
42 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame;
43 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame.SequenceToSequenceMapping;
44 import jalview.datamodel.Alignment;
45 import jalview.datamodel.AlignmentAnnotation;
46 import jalview.datamodel.AlignmentI;
47 import jalview.datamodel.DBRefEntry;
48 import jalview.datamodel.GeneLociI;
49 import jalview.datamodel.IncompleteCodonException;
50 import jalview.datamodel.Mapping;
51 import jalview.datamodel.Sequence;
52 import jalview.datamodel.SequenceFeature;
53 import jalview.datamodel.SequenceGroup;
54 import jalview.datamodel.SequenceI;
55 import jalview.datamodel.features.SequenceFeatures;
56 import jalview.io.gff.SequenceOntologyI;
57 import jalview.schemes.ResidueProperties;
58 import jalview.util.Comparison;
59 import jalview.util.DBRefUtils;
60 import jalview.util.IntRangeComparator;
61 import jalview.util.MapList;
62 import jalview.util.MappingUtils;
63
64 /**
65  * grab bag of useful alignment manipulation operations Expect these to be
66  * refactored elsewhere at some point.
67  * 
68  * @author jimp
69  * 
70  */
71 public class AlignmentUtils
72 {
73   private static final int CODON_LENGTH = 3;
74
75   private static final String SEQUENCE_VARIANT = "sequence_variant:";
76
77   /*
78    * the 'id' attribute is provided for variant features fetched from
79    * Ensembl using its REST service with JSON format 
80    */
81   public static final String VARIANT_ID = "id";
82
83   /**
84    * A data model to hold the 'normal' base value at a position, and an optional
85    * sequence variant feature
86    */
87   static final class DnaVariant
88   {
89     final String base;
90
91     SequenceFeature variant;
92
93     DnaVariant(String nuc)
94     {
95       base = nuc;
96       variant = null;
97     }
98
99     DnaVariant(String nuc, SequenceFeature var)
100     {
101       base = nuc;
102       variant = var;
103     }
104
105     public String getSource()
106     {
107       return variant == null ? null : variant.getFeatureGroup();
108     }
109
110     /**
111      * toString for aid in the debugger only
112      */
113     @Override
114     public String toString()
115     {
116       return base + ":" + (variant == null ? "" : variant.getDescription());
117     }
118   }
119
120   /**
121    * given an existing alignment, create a new alignment including all, or up to
122    * flankSize additional symbols from each sequence's dataset sequence
123    * 
124    * @param core
125    * @param flankSize
126    * @return AlignmentI
127    */
128   public static AlignmentI expandContext(AlignmentI core, int flankSize)
129   {
130     List<SequenceI> sq = new ArrayList<>();
131     int maxoffset = 0;
132     for (SequenceI s : core.getSequences())
133     {
134       SequenceI newSeq = s.deriveSequence();
135       final int newSeqStart = newSeq.getStart() - 1;
136       if (newSeqStart > maxoffset
137               && newSeq.getDatasetSequence().getStart() < s.getStart())
138       {
139         maxoffset = newSeqStart;
140       }
141       sq.add(newSeq);
142     }
143     if (flankSize > -1)
144     {
145       maxoffset = Math.min(maxoffset, flankSize);
146     }
147
148     /*
149      * now add offset left and right to create an expanded alignment
150      */
151     for (SequenceI s : sq)
152     {
153       SequenceI ds = s;
154       while (ds.getDatasetSequence() != null)
155       {
156         ds = ds.getDatasetSequence();
157       }
158       int s_end = s.findPosition(s.getStart() + s.getLength());
159       // find available flanking residues for sequence
160       int ustream_ds = s.getStart() - ds.getStart();
161       int dstream_ds = ds.getEnd() - s_end;
162
163       // build new flanked sequence
164
165       // compute gap padding to start of flanking sequence
166       int offset = maxoffset - ustream_ds;
167
168       // padding is gapChar x ( maxoffset - min(ustream_ds, flank)
169       if (flankSize >= 0)
170       {
171         if (flankSize < ustream_ds)
172         {
173           // take up to flankSize residues
174           offset = maxoffset - flankSize;
175           ustream_ds = flankSize;
176         }
177         if (flankSize <= dstream_ds)
178         {
179           dstream_ds = flankSize - 1;
180         }
181       }
182       // TODO use Character.toLowerCase to avoid creating String objects?
183       char[] upstream = new String(ds
184               .getSequence(s.getStart() - 1 - ustream_ds, s.getStart() - 1))
185                       .toLowerCase().toCharArray();
186       char[] downstream = new String(
187               ds.getSequence(s_end - 1, s_end + dstream_ds)).toLowerCase()
188                       .toCharArray();
189       char[] coreseq = s.getSequence();
190       char[] nseq = new char[offset + upstream.length + downstream.length
191               + coreseq.length];
192       char c = core.getGapCharacter();
193
194       int p = 0;
195       for (; p < offset; p++)
196       {
197         nseq[p] = c;
198       }
199
200       System.arraycopy(upstream, 0, nseq, p, upstream.length);
201       System.arraycopy(coreseq, 0, nseq, p + upstream.length,
202               coreseq.length);
203       System.arraycopy(downstream, 0, nseq,
204               p + coreseq.length + upstream.length, downstream.length);
205       s.setSequence(new String(nseq));
206       s.setStart(s.getStart() - ustream_ds);
207       s.setEnd(s_end + downstream.length);
208     }
209     AlignmentI newAl = new jalview.datamodel.Alignment(
210             sq.toArray(new SequenceI[0]));
211     for (SequenceI s : sq)
212     {
213       if (s.getAnnotation() != null)
214       {
215         for (AlignmentAnnotation aa : s.getAnnotation())
216         {
217           aa.adjustForAlignment(); // JAL-1712 fix
218           newAl.addAnnotation(aa);
219         }
220       }
221     }
222     newAl.setDataset(core.getDataset());
223     return newAl;
224   }
225
226   /**
227    * Returns the index (zero-based position) of a sequence in an alignment, or
228    * -1 if not found.
229    * 
230    * @param al
231    * @param seq
232    * @return
233    */
234   public static int getSequenceIndex(AlignmentI al, SequenceI seq)
235   {
236     int result = -1;
237     int pos = 0;
238     for (SequenceI alSeq : al.getSequences())
239     {
240       if (alSeq == seq)
241       {
242         result = pos;
243         break;
244       }
245       pos++;
246     }
247     return result;
248   }
249
250   /**
251    * Returns a map of lists of sequences in the alignment, keyed by sequence
252    * name. For use in mapping between different alignment views of the same
253    * sequences.
254    * 
255    * @see jalview.datamodel.AlignmentI#getSequencesByName()
256    */
257   public static Map<String, List<SequenceI>> getSequencesByName(
258           AlignmentI al)
259   {
260     Map<String, List<SequenceI>> theMap = new LinkedHashMap<>();
261     for (SequenceI seq : al.getSequences())
262     {
263       String name = seq.getName();
264       if (name != null)
265       {
266         List<SequenceI> seqs = theMap.get(name);
267         if (seqs == null)
268         {
269           seqs = new ArrayList<>();
270           theMap.put(name, seqs);
271         }
272         seqs.add(seq);
273       }
274     }
275     return theMap;
276   }
277
278   /**
279    * Build mapping of protein to cDNA alignment. Mappings are made between
280    * sequences where the cDNA translates to the protein sequence. Any new
281    * mappings are added to the protein alignment. Returns true if any mappings
282    * either already exist or were added, else false.
283    * 
284    * @param proteinAlignment
285    * @param cdnaAlignment
286    * @return
287    */
288   public static boolean mapProteinAlignmentToCdna(
289           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment)
290   {
291     if (proteinAlignment == null || cdnaAlignment == null)
292     {
293       return false;
294     }
295
296     Set<SequenceI> mappedDna = new HashSet<>();
297     Set<SequenceI> mappedProtein = new HashSet<>();
298
299     /*
300      * First pass - map sequences where cross-references exist. This include
301      * 1-to-many mappings to support, for example, variant cDNA.
302      */
303     boolean mappingPerformed = mapProteinToCdna(proteinAlignment,
304             cdnaAlignment, mappedDna, mappedProtein, true);
305
306     /*
307      * Second pass - map sequences where no cross-references exist. This only
308      * does 1-to-1 mappings and assumes corresponding sequences are in the same
309      * order in the alignments.
310      */
311     mappingPerformed |= mapProteinToCdna(proteinAlignment, cdnaAlignment,
312             mappedDna, mappedProtein, false);
313     return mappingPerformed;
314   }
315
316   /**
317    * Make mappings between compatible sequences (where the cDNA translation
318    * matches the protein).
319    * 
320    * @param proteinAlignment
321    * @param cdnaAlignment
322    * @param mappedDna
323    *          a set of mapped DNA sequences (to add to)
324    * @param mappedProtein
325    *          a set of mapped Protein sequences (to add to)
326    * @param xrefsOnly
327    *          if true, only map sequences where xrefs exist
328    * @return
329    */
330   protected static boolean mapProteinToCdna(
331           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment,
332           Set<SequenceI> mappedDna, Set<SequenceI> mappedProtein,
333           boolean xrefsOnly)
334   {
335     boolean mappingExistsOrAdded = false;
336     List<SequenceI> thisSeqs = proteinAlignment.getSequences();
337     for (SequenceI aaSeq : thisSeqs)
338     {
339       boolean proteinMapped = false;
340       AlignedCodonFrame acf = new AlignedCodonFrame();
341
342       for (SequenceI cdnaSeq : cdnaAlignment.getSequences())
343       {
344         /*
345          * Always try to map if sequences have xref to each other; this supports
346          * variant cDNA or alternative splicing for a protein sequence.
347          * 
348          * If no xrefs, try to map progressively, assuming that alignments have
349          * mappable sequences in corresponding order. These are not
350          * many-to-many, as that would risk mixing species with similar cDNA
351          * sequences.
352          */
353         if (xrefsOnly && !AlignmentUtils.haveCrossRef(aaSeq, cdnaSeq))
354         {
355           continue;
356         }
357
358         /*
359          * Don't map non-xrefd sequences more than once each. This heuristic
360          * allows us to pair up similar sequences in ordered alignments.
361          */
362         if (!xrefsOnly && (mappedProtein.contains(aaSeq)
363                 || mappedDna.contains(cdnaSeq)))
364         {
365           continue;
366         }
367         if (mappingExists(proteinAlignment.getCodonFrames(),
368                 aaSeq.getDatasetSequence(), cdnaSeq.getDatasetSequence()))
369         {
370           mappingExistsOrAdded = true;
371         }
372         else
373         {
374           MapList map = mapCdnaToProtein(aaSeq, cdnaSeq);
375           if (map != null)
376           {
377             acf.addMap(cdnaSeq, aaSeq, map);
378             mappingExistsOrAdded = true;
379             proteinMapped = true;
380             mappedDna.add(cdnaSeq);
381             mappedProtein.add(aaSeq);
382           }
383         }
384       }
385       if (proteinMapped)
386       {
387         proteinAlignment.addCodonFrame(acf);
388       }
389     }
390     return mappingExistsOrAdded;
391   }
392
393   /**
394    * Answers true if the mappings include one between the given (dataset)
395    * sequences.
396    */
397   protected static boolean mappingExists(List<AlignedCodonFrame> mappings,
398           SequenceI aaSeq, SequenceI cdnaSeq)
399   {
400     if (mappings != null)
401     {
402       for (AlignedCodonFrame acf : mappings)
403       {
404         if (cdnaSeq == acf.getDnaForAaSeq(aaSeq))
405         {
406           return true;
407         }
408       }
409     }
410     return false;
411   }
412
413   /**
414    * Builds a mapping (if possible) of a cDNA to a protein sequence.
415    * <ul>
416    * <li>first checks if the cdna translates exactly to the protein
417    * sequence</li>
418    * <li>else checks for translation after removing a STOP codon</li>
419    * <li>else checks for translation after removing a START codon</li>
420    * <li>if that fails, inspect CDS features on the cDNA sequence</li>
421    * </ul>
422    * Returns null if no mapping is determined.
423    * 
424    * @param proteinSeq
425    *          the aligned protein sequence
426    * @param cdnaSeq
427    *          the aligned cdna sequence
428    * @return
429    */
430   public static MapList mapCdnaToProtein(SequenceI proteinSeq,
431           SequenceI cdnaSeq)
432   {
433     /*
434      * Here we handle either dataset sequence set (desktop) or absent (applet).
435      * Use only the char[] form of the sequence to avoid creating possibly large
436      * String objects.
437      */
438     final SequenceI proteinDataset = proteinSeq.getDatasetSequence();
439     char[] aaSeqChars = proteinDataset != null
440             ? proteinDataset.getSequence()
441             : proteinSeq.getSequence();
442     final SequenceI cdnaDataset = cdnaSeq.getDatasetSequence();
443     char[] cdnaSeqChars = cdnaDataset != null ? cdnaDataset.getSequence()
444             : cdnaSeq.getSequence();
445     if (aaSeqChars == null || cdnaSeqChars == null)
446     {
447       return null;
448     }
449
450     /*
451      * cdnaStart/End, proteinStartEnd are base 1 (for dataset sequence mapping)
452      */
453     final int mappedLength = CODON_LENGTH * aaSeqChars.length;
454     int cdnaLength = cdnaSeqChars.length;
455     int cdnaStart = cdnaSeq.getStart();
456     int cdnaEnd = cdnaSeq.getEnd();
457     final int proteinStart = proteinSeq.getStart();
458     final int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
459
460     /*
461      * If lengths don't match, try ignoring stop codon (if present)
462      */
463     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2)
464     {
465       String lastCodon = String.valueOf(cdnaSeqChars,
466               cdnaLength - CODON_LENGTH, CODON_LENGTH).toUpperCase();
467       for (String stop : ResidueProperties.STOP_CODONS)
468       {
469         if (lastCodon.equals(stop))
470         {
471           cdnaEnd -= CODON_LENGTH;
472           cdnaLength -= CODON_LENGTH;
473           break;
474         }
475       }
476     }
477
478     /*
479      * If lengths still don't match, try ignoring start codon.
480      */
481     int startOffset = 0;
482     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2
483             && String.valueOf(cdnaSeqChars, 0, CODON_LENGTH).toUpperCase()
484                     .equals(ResidueProperties.START))
485     {
486       startOffset += CODON_LENGTH;
487       cdnaStart += CODON_LENGTH;
488       cdnaLength -= CODON_LENGTH;
489     }
490
491     if (translatesAs(cdnaSeqChars, startOffset, aaSeqChars))
492     {
493       /*
494        * protein is translation of dna (+/- start/stop codons)
495        */
496       MapList map = new MapList(new int[] { cdnaStart, cdnaEnd },
497               new int[]
498               { proteinStart, proteinEnd }, CODON_LENGTH, 1);
499       return map;
500     }
501
502     /*
503      * translation failed - try mapping CDS annotated regions of dna
504      */
505     return mapCdsToProtein(cdnaSeq, proteinSeq);
506   }
507
508   /**
509    * Test whether the given cdna sequence, starting at the given offset,
510    * translates to the given amino acid sequence, using the standard translation
511    * table. Designed to fail fast i.e. as soon as a mismatch position is found.
512    * 
513    * @param cdnaSeqChars
514    * @param cdnaStart
515    * @param aaSeqChars
516    * @return
517    */
518   protected static boolean translatesAs(char[] cdnaSeqChars, int cdnaStart,
519           char[] aaSeqChars)
520   {
521     if (cdnaSeqChars == null || aaSeqChars == null)
522     {
523       return false;
524     }
525
526     int aaPos = 0;
527     int dnaPos = cdnaStart;
528     for (; dnaPos < cdnaSeqChars.length - 2
529             && aaPos < aaSeqChars.length; dnaPos += CODON_LENGTH, aaPos++)
530     {
531       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
532       final String translated = ResidueProperties.codonTranslate(codon);
533
534       /*
535        * allow * in protein to match untranslatable in dna
536        */
537       final char aaRes = aaSeqChars[aaPos];
538       if ((translated == null || ResidueProperties.STOP.equals(translated))
539               && aaRes == '*')
540       {
541         continue;
542       }
543       if (translated == null || !(aaRes == translated.charAt(0)))
544       {
545         // debug
546         // System.out.println(("Mismatch at " + i + "/" + aaResidue + ": "
547         // + codon + "(" + translated + ") != " + aaRes));
548         return false;
549       }
550     }
551
552     /*
553      * check we matched all of the protein sequence
554      */
555     if (aaPos != aaSeqChars.length)
556     {
557       return false;
558     }
559
560     /*
561      * check we matched all of the dna except
562      * for optional trailing STOP codon
563      */
564     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length)
565     {
566       return true;
567     }
568     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length - CODON_LENGTH)
569     {
570       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
571       if (ResidueProperties.STOP
572               .equals(ResidueProperties.codonTranslate(codon)))
573       {
574         return true;
575       }
576     }
577     return false;
578   }
579
580   /**
581    * Align sequence 'seq' to match the alignment of a mapped sequence. Note this
582    * currently assumes that we are aligning cDNA to match protein.
583    * 
584    * @param seq
585    *          the sequence to be realigned
586    * @param al
587    *          the alignment whose sequence alignment is to be 'copied'
588    * @param gap
589    *          character string represent a gap in the realigned sequence
590    * @param preserveUnmappedGaps
591    * @param preserveMappedGaps
592    * @return true if the sequence was realigned, false if it could not be
593    */
594   public static boolean alignSequenceAs(SequenceI seq, AlignmentI al,
595           String gap, boolean preserveMappedGaps,
596           boolean preserveUnmappedGaps)
597   {
598     /*
599      * Get any mappings from the source alignment to the target (dataset)
600      * sequence.
601      */
602     // TODO there may be one AlignedCodonFrame per dataset sequence, or one with
603     // all mappings. Would it help to constrain this?
604     List<AlignedCodonFrame> mappings = al.getCodonFrame(seq);
605     if (mappings == null || mappings.isEmpty())
606     {
607       return false;
608     }
609
610     /*
611      * Locate the aligned source sequence whose dataset sequence is mapped. We
612      * just take the first match here (as we can't align like more than one
613      * sequence).
614      */
615     SequenceI alignFrom = null;
616     AlignedCodonFrame mapping = null;
617     for (AlignedCodonFrame mp : mappings)
618     {
619       alignFrom = mp.findAlignedSequence(seq, al);
620       if (alignFrom != null)
621       {
622         mapping = mp;
623         break;
624       }
625     }
626
627     if (alignFrom == null)
628     {
629       return false;
630     }
631     alignSequenceAs(seq, alignFrom, mapping, gap, al.getGapCharacter(),
632             preserveMappedGaps, preserveUnmappedGaps);
633     return true;
634   }
635
636   /**
637    * Align sequence 'alignTo' the same way as 'alignFrom', using the mapping to
638    * match residues and codons. Flags control whether existing gaps in unmapped
639    * (intron) and mapped (exon) regions are preserved or not. Gaps between
640    * intron and exon are only retained if both flags are set.
641    * 
642    * @param alignTo
643    * @param alignFrom
644    * @param mapping
645    * @param myGap
646    * @param sourceGap
647    * @param preserveUnmappedGaps
648    * @param preserveMappedGaps
649    */
650   public static void alignSequenceAs(SequenceI alignTo, SequenceI alignFrom,
651           AlignedCodonFrame mapping, String myGap, char sourceGap,
652           boolean preserveMappedGaps, boolean preserveUnmappedGaps)
653   {
654     // TODO generalise to work for Protein-Protein, dna-dna, dna-protein
655
656     // aligned and dataset sequence positions, all base zero
657     int thisSeqPos = 0;
658     int sourceDsPos = 0;
659
660     int basesWritten = 0;
661     char myGapChar = myGap.charAt(0);
662     int ratio = myGap.length();
663
664     int fromOffset = alignFrom.getStart() - 1;
665     int toOffset = alignTo.getStart() - 1;
666     int sourceGapMappedLength = 0;
667     boolean inExon = false;
668     final int toLength = alignTo.getLength();
669     final int fromLength = alignFrom.getLength();
670     StringBuilder thisAligned = new StringBuilder(2 * toLength);
671
672     /*
673      * Traverse the 'model' aligned sequence
674      */
675     for (int i = 0; i < fromLength; i++)
676     {
677       char sourceChar = alignFrom.getCharAt(i);
678       if (sourceChar == sourceGap)
679       {
680         sourceGapMappedLength += ratio;
681         continue;
682       }
683
684       /*
685        * Found a non-gap character. Locate its mapped region if any.
686        */
687       sourceDsPos++;
688       // Note mapping positions are base 1, our sequence positions base 0
689       int[] mappedPos = mapping.getMappedRegion(alignTo, alignFrom,
690               sourceDsPos + fromOffset);
691       if (mappedPos == null)
692       {
693         /*
694          * unmapped position; treat like a gap
695          */
696         sourceGapMappedLength += ratio;
697         // System.err.println("Can't align: no codon mapping to residue "
698         // + sourceDsPos + "(" + sourceChar + ")");
699         // return;
700         continue;
701       }
702
703       int mappedCodonStart = mappedPos[0]; // position (1...) of codon start
704       int mappedCodonEnd = mappedPos[mappedPos.length - 1]; // codon end pos
705       StringBuilder trailingCopiedGap = new StringBuilder();
706
707       /*
708        * Copy dna sequence up to and including this codon. Optionally, include
709        * gaps before the codon starts (in introns) and/or after the codon starts
710        * (in exons).
711        * 
712        * Note this only works for 'linear' splicing, not reverse or interleaved.
713        * But then 'align dna as protein' doesn't make much sense otherwise.
714        */
715       int intronLength = 0;
716       while (basesWritten + toOffset < mappedCodonEnd
717               && thisSeqPos < toLength)
718       {
719         final char c = alignTo.getCharAt(thisSeqPos++);
720         if (c != myGapChar)
721         {
722           basesWritten++;
723           int sourcePosition = basesWritten + toOffset;
724           if (sourcePosition < mappedCodonStart)
725           {
726             /*
727              * Found an unmapped (intron) base. First add in any preceding gaps
728              * (if wanted).
729              */
730             if (preserveUnmappedGaps && trailingCopiedGap.length() > 0)
731             {
732               thisAligned.append(trailingCopiedGap.toString());
733               intronLength += trailingCopiedGap.length();
734               trailingCopiedGap = new StringBuilder();
735             }
736             intronLength++;
737             inExon = false;
738           }
739           else
740           {
741             final boolean startOfCodon = sourcePosition == mappedCodonStart;
742             int gapsToAdd = calculateGapsToInsert(preserveMappedGaps,
743                     preserveUnmappedGaps, sourceGapMappedLength, inExon,
744                     trailingCopiedGap.length(), intronLength, startOfCodon);
745             for (int k = 0; k < gapsToAdd; k++)
746             {
747               thisAligned.append(myGapChar);
748             }
749             sourceGapMappedLength = 0;
750             inExon = true;
751           }
752           thisAligned.append(c);
753           trailingCopiedGap = new StringBuilder();
754         }
755         else
756         {
757           if (inExon && preserveMappedGaps)
758           {
759             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
760           }
761           else if (!inExon && preserveUnmappedGaps)
762           {
763             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
764           }
765         }
766       }
767     }
768
769     /*
770      * At end of model aligned sequence. Copy any remaining target sequence, optionally
771      * including (intron) gaps.
772      */
773     while (thisSeqPos < toLength)
774     {
775       final char c = alignTo.getCharAt(thisSeqPos++);
776       if (c != myGapChar || preserveUnmappedGaps)
777       {
778         thisAligned.append(c);
779       }
780       sourceGapMappedLength--;
781     }
782
783     /*
784      * finally add gaps to pad for any trailing source gaps or
785      * unmapped characters
786      */
787     if (preserveUnmappedGaps)
788     {
789       while (sourceGapMappedLength > 0)
790       {
791         thisAligned.append(myGapChar);
792         sourceGapMappedLength--;
793       }
794     }
795
796     /*
797      * All done aligning, set the aligned sequence.
798      */
799     alignTo.setSequence(new String(thisAligned));
800   }
801
802   /**
803    * Helper method to work out how many gaps to insert when realigning.
804    * 
805    * @param preserveMappedGaps
806    * @param preserveUnmappedGaps
807    * @param sourceGapMappedLength
808    * @param inExon
809    * @param trailingCopiedGap
810    * @param intronLength
811    * @param startOfCodon
812    * @return
813    */
814   protected static int calculateGapsToInsert(boolean preserveMappedGaps,
815           boolean preserveUnmappedGaps, int sourceGapMappedLength,
816           boolean inExon, int trailingGapLength, int intronLength,
817           final boolean startOfCodon)
818   {
819     int gapsToAdd = 0;
820     if (startOfCodon)
821     {
822       /*
823        * Reached start of codon. Ignore trailing gaps in intron unless we are
824        * preserving gaps in both exon and intron. Ignore them anyway if the
825        * protein alignment introduces a gap at least as large as the intronic
826        * region.
827        */
828       if (inExon && !preserveMappedGaps)
829       {
830         trailingGapLength = 0;
831       }
832       if (!inExon && !(preserveMappedGaps && preserveUnmappedGaps))
833       {
834         trailingGapLength = 0;
835       }
836       if (inExon)
837       {
838         gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
839       }
840       else
841       {
842         if (intronLength + trailingGapLength <= sourceGapMappedLength)
843         {
844           gapsToAdd = sourceGapMappedLength - intronLength;
845         }
846         else
847         {
848           gapsToAdd = Math.min(
849                   intronLength + trailingGapLength - sourceGapMappedLength,
850                   trailingGapLength);
851         }
852       }
853     }
854     else
855     {
856       /*
857        * second or third base of codon; check for any gaps in dna
858        */
859       if (!preserveMappedGaps)
860       {
861         trailingGapLength = 0;
862       }
863       gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
864     }
865     return gapsToAdd;
866   }
867
868   /**
869    * Realigns the given protein to match the alignment of the dna, using codon
870    * mappings to translate aligned codon positions to protein residues.
871    * 
872    * @param protein
873    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
874    * @param dna
875    *          the dna alignment whose alignment we are 'copying'
876    * @return the number of sequences that were realigned
877    */
878   public static int alignProteinAsDna(AlignmentI protein, AlignmentI dna)
879   {
880     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
881     {
882       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
883       return 0;
884     }
885     List<SequenceI> unmappedProtein = new ArrayList<>();
886     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = buildCodonColumnsMap(
887             protein, dna, unmappedProtein);
888     return alignProteinAs(protein, alignedCodons, unmappedProtein);
889   }
890
891   /**
892    * Realigns the given dna to match the alignment of the protein, using codon
893    * mappings to translate aligned peptide positions to codons.
894    * 
895    * Always produces a padded CDS alignment.
896    * 
897    * @param dna
898    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
899    * @param protein
900    *          the protein alignment whose alignment we are 'copying'
901    * @return the number of sequences that were realigned
902    */
903   public static int alignCdsAsProtein(AlignmentI dna, AlignmentI protein)
904   {
905     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
906     {
907       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
908       return 0;
909     }
910     // todo: implement this
911     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
912     int alignedCount = 0;
913     int width = 0; // alignment width for padding CDS
914     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
915     {
916       if (alignCdsSequenceAsProtein(dnaSeq, protein, mappings,
917               dna.getGapCharacter()))
918       {
919         alignedCount++;
920       }
921       width = Math.max(dnaSeq.getLength(), width);
922     }
923     int oldwidth;
924     int diff;
925     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
926     {
927       oldwidth = dnaSeq.getLength();
928       diff = width - oldwidth;
929       if (diff > 0)
930       {
931         dnaSeq.insertCharAt(oldwidth, diff, dna.getGapCharacter());
932       }
933     }
934     return alignedCount;
935   }
936
937   /**
938    * Helper method to align (if possible) the dna sequence to match the
939    * alignment of a mapped protein sequence. This is currently limited to
940    * handling coding sequence only.
941    * 
942    * @param cdsSeq
943    * @param protein
944    * @param mappings
945    * @param gapChar
946    * @return
947    */
948   static boolean alignCdsSequenceAsProtein(SequenceI cdsSeq,
949           AlignmentI protein, List<AlignedCodonFrame> mappings,
950           char gapChar)
951   {
952     SequenceI cdsDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
953     if (cdsDss == null)
954     {
955       System.err
956               .println("alignCdsSequenceAsProtein needs aligned sequence!");
957       return false;
958     }
959
960     List<AlignedCodonFrame> dnaMappings = MappingUtils
961             .findMappingsForSequence(cdsSeq, mappings);
962     for (AlignedCodonFrame mapping : dnaMappings)
963     {
964       List<SequenceToSequenceMapping> foundMap=new ArrayList<>();
965       SequenceI peptide = mapping.findAlignedSequence(cdsSeq, protein,foundMap);
966       if (peptide != null)
967       {
968         final int peptideLength = peptide.getLength();
969         Mapping map = foundMap.get(0).getMapping();
970         if (map != null)
971         {
972           MapList mapList = map.getMap();
973           if (map.getTo() == peptide.getDatasetSequence())
974           {
975             mapList = mapList.getInverse();
976           }
977           final int cdsLength = cdsDss.getLength();
978           int mappedFromLength = MappingUtils.getLength(mapList
979                   .getFromRanges());
980           int mappedToLength = MappingUtils
981                   .getLength(mapList.getToRanges());
982           boolean addStopCodon = (cdsLength == mappedFromLength
983                   * CODON_LENGTH + CODON_LENGTH)
984                   || (peptide.getDatasetSequence()
985                           .getLength() == mappedFromLength - 1);
986           if (cdsLength != mappedToLength && !addStopCodon)
987           {
988             System.err.println(String.format(
989                     "Can't align cds as protein (length mismatch %d/%d): %s",
990                     cdsLength, mappedToLength, cdsSeq.getName()));
991           }
992
993           /*
994            * pre-fill the aligned cds sequence with gaps
995            */
996           char[] alignedCds = new char[peptideLength * CODON_LENGTH
997                   + (addStopCodon ? CODON_LENGTH : 0)];
998           Arrays.fill(alignedCds, gapChar);
999
1000           /*
1001            * walk over the aligned peptide sequence and insert mapped 
1002            * codons for residues in the aligned cds sequence 
1003            */
1004           int copiedBases = 0;
1005           int cdsStart = cdsDss.getStart();
1006           int proteinPos = peptide.getStart() - 1;
1007           int cdsCol = 0;
1008
1009           for (int col = 0; col < peptideLength; col++)
1010           {
1011             char residue = peptide.getCharAt(col);
1012
1013             if (Comparison.isGap(residue))
1014             {
1015               cdsCol += CODON_LENGTH;
1016             }
1017             else
1018             {
1019               proteinPos++;
1020               int[] codon = mapList.locateInTo(proteinPos, proteinPos);
1021               if (codon == null)
1022               {
1023                 // e.g. incomplete start codon, X in peptide
1024                 cdsCol += CODON_LENGTH;
1025               }
1026               else
1027               {
1028                 for (int j = codon[0]; j <= codon[1]; j++)
1029                 {
1030                   char mappedBase = cdsDss.getCharAt(j - cdsStart);
1031                   alignedCds[cdsCol++] = mappedBase;
1032                   copiedBases++;
1033                 }
1034               }
1035             }
1036           }
1037
1038           /*
1039            * append stop codon if not mapped from protein,
1040            * closing it up to the end of the mapped sequence
1041            */
1042           if (copiedBases == cdsLength - CODON_LENGTH)
1043           {
1044             for (int i = alignedCds.length - 1; i >= 0; i--)
1045             {
1046               if (!Comparison.isGap(alignedCds[i]))
1047               {
1048                 cdsCol = i + 1; // gap just after end of sequence
1049                 break;
1050               }
1051             }
1052             for (int i = cdsLength - CODON_LENGTH; i < cdsLength; i++)
1053             {
1054               alignedCds[cdsCol++] = cdsDss.getCharAt(i);
1055             }
1056           }
1057           cdsSeq.setSequence(new String(alignedCds));
1058           return true;
1059         }
1060       }
1061     }
1062     return false;
1063   }
1064
1065   /**
1066    * Builds a map whose key is an aligned codon position (3 alignment column
1067    * numbers base 0), and whose value is a map from protein sequence to each
1068    * protein's peptide residue for that codon. The map generates an ordering of
1069    * the codons, and allows us to read off the peptides at each position in
1070    * order to assemble 'aligned' protein sequences.
1071    * 
1072    * @param protein
1073    *          the protein alignment
1074    * @param dna
1075    *          the coding dna alignment
1076    * @param unmappedProtein
1077    *          any unmapped proteins are added to this list
1078    * @return
1079    */
1080   protected static Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> buildCodonColumnsMap(
1081           AlignmentI protein, AlignmentI dna,
1082           List<SequenceI> unmappedProtein)
1083   {
1084     /*
1085      * maintain a list of any proteins with no mappings - these will be
1086      * rendered 'as is' in the protein alignment as we can't align them
1087      */
1088     unmappedProtein.addAll(protein.getSequences());
1089
1090     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1091
1092     /*
1093      * Map will hold, for each aligned codon position e.g. [3, 5, 6], a map of
1094      * {dnaSequence, {proteinSequence, codonProduct}} at that position. The
1095      * comparator keeps the codon positions ordered.
1096      */
1097     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = new TreeMap<>(
1098             new CodonComparator());
1099
1100     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1101     {
1102       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1103       {
1104         SequenceI prot = mapping.findAlignedSequence(dnaSeq, protein);
1105         if (prot != null)
1106         {
1107           Mapping seqMap = mapping.getMappingForSequence(dnaSeq);
1108           addCodonPositions(dnaSeq, prot, protein.getGapCharacter(), seqMap,
1109                   alignedCodons);
1110           unmappedProtein.remove(prot);
1111         }
1112       }
1113     }
1114
1115     /*
1116      * Finally add any unmapped peptide start residues (e.g. for incomplete
1117      * codons) as if at the codon position before the second residue
1118      */
1119     // TODO resolve JAL-2022 so this fudge can be removed
1120     int mappedSequenceCount = protein.getHeight() - unmappedProtein.size();
1121     addUnmappedPeptideStarts(alignedCodons, mappedSequenceCount);
1122
1123     return alignedCodons;
1124   }
1125
1126   /**
1127    * Scans for any protein mapped from position 2 (meaning unmapped start
1128    * position e.g. an incomplete codon), and synthesizes a 'codon' for it at the
1129    * preceding position in the alignment
1130    * 
1131    * @param alignedCodons
1132    *          the codon-to-peptide map
1133    * @param mappedSequenceCount
1134    *          the number of distinct sequences in the map
1135    */
1136   protected static void addUnmappedPeptideStarts(
1137           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1138           int mappedSequenceCount)
1139   {
1140     // TODO delete this ugly hack once JAL-2022 is resolved
1141     // i.e. we can model startPhase > 0 (incomplete start codon)
1142
1143     List<SequenceI> sequencesChecked = new ArrayList<>();
1144     AlignedCodon lastCodon = null;
1145     Map<SequenceI, AlignedCodon> toAdd = new HashMap<>();
1146
1147     for (Entry<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> entry : alignedCodons
1148             .entrySet())
1149     {
1150       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> sequenceCodon : entry.getValue()
1151               .entrySet())
1152       {
1153         SequenceI seq = sequenceCodon.getKey();
1154         if (sequencesChecked.contains(seq))
1155         {
1156           continue;
1157         }
1158         sequencesChecked.add(seq);
1159         AlignedCodon codon = sequenceCodon.getValue();
1160         if (codon.peptideCol > 1)
1161         {
1162           System.err.println(
1163                   "Problem mapping protein with >1 unmapped start positions: "
1164                           + seq.getName());
1165         }
1166         else if (codon.peptideCol == 1)
1167         {
1168           /*
1169            * first position (peptideCol == 0) was unmapped - add it
1170            */
1171           if (lastCodon != null)
1172           {
1173             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(lastCodon.pos1,
1174                     lastCodon.pos2, lastCodon.pos3,
1175                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1176             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1177           }
1178           else
1179           {
1180             /*
1181              * unmapped residue at start of alignment (no prior column) -
1182              * 'insert' at nominal codon [0, 0, 0]
1183              */
1184             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(0, 0, 0,
1185                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1186             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1187           }
1188         }
1189         if (sequencesChecked.size() == mappedSequenceCount)
1190         {
1191           // no need to check past first mapped position in all sequences
1192           break;
1193         }
1194       }
1195       lastCodon = entry.getKey();
1196     }
1197
1198     /*
1199      * add any new codons safely after iterating over the map
1200      */
1201     for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> startCodon : toAdd.entrySet())
1202     {
1203       addCodonToMap(alignedCodons, startCodon.getValue(),
1204               startCodon.getKey());
1205     }
1206   }
1207
1208   /**
1209    * Update the aligned protein sequences to match the codon alignments given in
1210    * the map.
1211    * 
1212    * @param protein
1213    * @param alignedCodons
1214    *          an ordered map of codon positions (columns), with sequence/peptide
1215    *          values present in each column
1216    * @param unmappedProtein
1217    * @return
1218    */
1219   protected static int alignProteinAs(AlignmentI protein,
1220           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1221           List<SequenceI> unmappedProtein)
1222   {
1223     /*
1224      * prefill peptide sequences with gaps 
1225      */
1226     int alignedWidth = alignedCodons.size();
1227     char[] gaps = new char[alignedWidth];
1228     Arrays.fill(gaps, protein.getGapCharacter());
1229     Map<SequenceI, char[]> peptides = new HashMap<>();
1230     for (SequenceI seq : protein.getSequences())
1231     {
1232       if (!unmappedProtein.contains(seq))
1233       {
1234         peptides.put(seq, Arrays.copyOf(gaps, gaps.length));
1235       }
1236     }
1237
1238     /*
1239      * Traverse the codons left to right (as defined by CodonComparator)
1240      * and insert peptides in each column where the sequence is mapped.
1241      * This gives a peptide 'alignment' where residues are aligned if their
1242      * corresponding codons occupy the same columns in the cdna alignment.
1243      */
1244     int column = 0;
1245     for (AlignedCodon codon : alignedCodons.keySet())
1246     {
1247       final Map<SequenceI, AlignedCodon> columnResidues = alignedCodons
1248               .get(codon);
1249       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> entry : columnResidues.entrySet())
1250       {
1251         char residue = entry.getValue().product.charAt(0);
1252         peptides.get(entry.getKey())[column] = residue;
1253       }
1254       column++;
1255     }
1256
1257     /*
1258      * and finally set the constructed sequences
1259      */
1260     for (Entry<SequenceI, char[]> entry : peptides.entrySet())
1261     {
1262       entry.getKey().setSequence(new String(entry.getValue()));
1263     }
1264
1265     return 0;
1266   }
1267
1268   /**
1269    * Populate the map of aligned codons by traversing the given sequence
1270    * mapping, locating the aligned positions of mapped codons, and adding those
1271    * positions and their translation products to the map.
1272    * 
1273    * @param dna
1274    *          the aligned sequence we are mapping from
1275    * @param protein
1276    *          the sequence to be aligned to the codons
1277    * @param gapChar
1278    *          the gap character in the dna sequence
1279    * @param seqMap
1280    *          a mapping to a sequence translation
1281    * @param alignedCodons
1282    *          the map we are building up
1283    */
1284   static void addCodonPositions(SequenceI dna, SequenceI protein,
1285           char gapChar, Mapping seqMap,
1286           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons)
1287   {
1288     Iterator<AlignedCodon> codons = seqMap.getCodonIterator(dna, gapChar);
1289
1290     /*
1291      * add codon positions, and their peptide translations, to the alignment
1292      * map, while remembering the first codon mapped
1293      */
1294     while (codons.hasNext())
1295     {
1296       try
1297       {
1298         AlignedCodon codon = codons.next();
1299         addCodonToMap(alignedCodons, codon, protein);
1300       } catch (IncompleteCodonException e)
1301       {
1302         // possible incomplete trailing codon - ignore
1303       } catch (NoSuchElementException e)
1304       {
1305         // possibly peptide lacking STOP
1306       }
1307     }
1308   }
1309
1310   /**
1311    * Helper method to add a codon-to-peptide entry to the aligned codons map
1312    * 
1313    * @param alignedCodons
1314    * @param codon
1315    * @param protein
1316    */
1317   protected static void addCodonToMap(
1318           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1319           AlignedCodon codon, SequenceI protein)
1320   {
1321     Map<SequenceI, AlignedCodon> seqProduct = alignedCodons.get(codon);
1322     if (seqProduct == null)
1323     {
1324       seqProduct = new HashMap<>();
1325       alignedCodons.put(codon, seqProduct);
1326     }
1327     seqProduct.put(protein, codon);
1328   }
1329
1330   /**
1331    * Returns true if a cDNA/Protein mapping either exists, or could be made,
1332    * between at least one pair of sequences in the two alignments. Currently,
1333    * the logic is:
1334    * <ul>
1335    * <li>One alignment must be nucleotide, and the other protein</li>
1336    * <li>At least one pair of sequences must be already mapped, or mappable</li>
1337    * <li>Mappable means the nucleotide translation matches the protein
1338    * sequence</li>
1339    * <li>The translation may ignore start and stop codons if present in the
1340    * nucleotide</li>
1341    * </ul>
1342    * 
1343    * @param al1
1344    * @param al2
1345    * @return
1346    */
1347   public static boolean isMappable(AlignmentI al1, AlignmentI al2)
1348   {
1349     if (al1 == null || al2 == null)
1350     {
1351       return false;
1352     }
1353
1354     /*
1355      * Require one nucleotide and one protein
1356      */
1357     if (al1.isNucleotide() == al2.isNucleotide())
1358     {
1359       return false;
1360     }
1361     AlignmentI dna = al1.isNucleotide() ? al1 : al2;
1362     AlignmentI protein = dna == al1 ? al2 : al1;
1363     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1364     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1365     {
1366       for (SequenceI proteinSeq : protein.getSequences())
1367       {
1368         if (isMappable(dnaSeq, proteinSeq, mappings))
1369         {
1370           return true;
1371         }
1372       }
1373     }
1374     return false;
1375   }
1376
1377   /**
1378    * Returns true if the dna sequence is mapped, or could be mapped, to the
1379    * protein sequence.
1380    * 
1381    * @param dnaSeq
1382    * @param proteinSeq
1383    * @param mappings
1384    * @return
1385    */
1386   protected static boolean isMappable(SequenceI dnaSeq,
1387           SequenceI proteinSeq, List<AlignedCodonFrame> mappings)
1388   {
1389     if (dnaSeq == null || proteinSeq == null)
1390     {
1391       return false;
1392     }
1393
1394     SequenceI dnaDs = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1395             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1396     SequenceI proteinDs = proteinSeq.getDatasetSequence() == null
1397             ? proteinSeq
1398             : proteinSeq.getDatasetSequence();
1399
1400     for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1401     {
1402       if (proteinDs == mapping.getAaForDnaSeq(dnaDs))
1403       {
1404         /*
1405          * already mapped
1406          */
1407         return true;
1408       }
1409     }
1410
1411     /*
1412      * Just try to make a mapping (it is not yet stored), test whether
1413      * successful.
1414      */
1415     return mapCdnaToProtein(proteinDs, dnaDs) != null;
1416   }
1417
1418   /**
1419    * Finds any reference annotations associated with the sequences in
1420    * sequenceScope, that are not already added to the alignment, and adds them
1421    * to the 'candidates' map. Also populates a lookup table of annotation
1422    * labels, keyed by calcId, for use in constructing tooltips or the like.
1423    * 
1424    * @param sequenceScope
1425    *          the sequences to scan for reference annotations
1426    * @param labelForCalcId
1427    *          (optional) map to populate with label for calcId
1428    * @param candidates
1429    *          map to populate with annotations for sequence
1430    * @param al
1431    *          the alignment to check for presence of annotations
1432    */
1433   public static void findAddableReferenceAnnotations(
1434           List<SequenceI> sequenceScope, Map<String, String> labelForCalcId,
1435           final Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> candidates,
1436           AlignmentI al)
1437   {
1438     if (sequenceScope == null)
1439     {
1440       return;
1441     }
1442
1443     /*
1444      * For each sequence in scope, make a list of any annotations on the
1445      * underlying dataset sequence which are not already on the alignment.
1446      * 
1447      * Add to a map of { alignmentSequence, <List of annotations to add> }
1448      */
1449     for (SequenceI seq : sequenceScope)
1450     {
1451       SequenceI dataset = seq.getDatasetSequence();
1452       if (dataset == null)
1453       {
1454         continue;
1455       }
1456       AlignmentAnnotation[] datasetAnnotations = dataset.getAnnotation();
1457       if (datasetAnnotations == null)
1458       {
1459         continue;
1460       }
1461       final List<AlignmentAnnotation> result = new ArrayList<>();
1462       for (AlignmentAnnotation dsann : datasetAnnotations)
1463       {
1464         /*
1465          * Find matching annotations on the alignment. If none is found, then
1466          * add this annotation to the list of 'addable' annotations for this
1467          * sequence.
1468          */
1469         final Iterable<AlignmentAnnotation> matchedAlignmentAnnotations = al
1470                 .findAnnotations(seq, dsann.getCalcId(), dsann.label);
1471         if (!matchedAlignmentAnnotations.iterator().hasNext())
1472         {
1473           result.add(dsann);
1474           if (labelForCalcId != null)
1475           {
1476             labelForCalcId.put(dsann.getCalcId(), dsann.label);
1477           }
1478         }
1479       }
1480       /*
1481        * Save any addable annotations for this sequence
1482        */
1483       if (!result.isEmpty())
1484       {
1485         candidates.put(seq, result);
1486       }
1487     }
1488   }
1489
1490   /**
1491    * Adds annotations to the top of the alignment annotations, in the same order
1492    * as their related sequences.
1493    * 
1494    * @param annotations
1495    *          the annotations to add
1496    * @param alignment
1497    *          the alignment to add them to
1498    * @param selectionGroup
1499    *          current selection group (or null if none)
1500    */
1501   public static void addReferenceAnnotations(
1502           Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> annotations,
1503           final AlignmentI alignment, final SequenceGroup selectionGroup)
1504   {
1505     for (SequenceI seq : annotations.keySet())
1506     {
1507       for (AlignmentAnnotation ann : annotations.get(seq))
1508       {
1509         AlignmentAnnotation copyAnn = new AlignmentAnnotation(ann);
1510         int startRes = 0;
1511         int endRes = ann.annotations.length;
1512         if (selectionGroup != null)
1513         {
1514           startRes = selectionGroup.getStartRes();
1515           endRes = selectionGroup.getEndRes();
1516         }
1517         copyAnn.restrict(startRes, endRes);
1518
1519         /*
1520          * Add to the sequence (sets copyAnn.datasetSequence), unless the
1521          * original annotation is already on the sequence.
1522          */
1523         if (!seq.hasAnnotation(ann))
1524         {
1525           seq.addAlignmentAnnotation(copyAnn);
1526         }
1527         // adjust for gaps
1528         copyAnn.adjustForAlignment();
1529         // add to the alignment and set visible
1530         alignment.addAnnotation(copyAnn);
1531         copyAnn.visible = true;
1532       }
1533     }
1534   }
1535
1536   /**
1537    * Set visibility of alignment annotations of specified types (labels), for
1538    * specified sequences. This supports controls like "Show all secondary
1539    * structure", "Hide all Temp factor", etc.
1540    * 
1541    * @al the alignment to scan for annotations
1542    * @param types
1543    *          the types (labels) of annotations to be updated
1544    * @param forSequences
1545    *          if not null, only annotations linked to one of these sequences are
1546    *          in scope for update; if null, acts on all sequence annotations
1547    * @param anyType
1548    *          if this flag is true, 'types' is ignored (label not checked)
1549    * @param doShow
1550    *          if true, set visibility on, else set off
1551    */
1552   public static void showOrHideSequenceAnnotations(AlignmentI al,
1553           Collection<String> types, List<SequenceI> forSequences,
1554           boolean anyType, boolean doShow)
1555   {
1556     AlignmentAnnotation[] anns = al.getAlignmentAnnotation();
1557     if (anns != null)
1558     {
1559       for (AlignmentAnnotation aa : anns)
1560       {
1561         if (anyType || types.contains(aa.label))
1562         {
1563           if ((aa.sequenceRef != null) && (forSequences == null
1564                   || forSequences.contains(aa.sequenceRef)))
1565           {
1566             aa.visible = doShow;
1567           }
1568         }
1569       }
1570     }
1571   }
1572
1573   /**
1574    * Returns true if either sequence has a cross-reference to the other
1575    * 
1576    * @param seq1
1577    * @param seq2
1578    * @return
1579    */
1580   public static boolean haveCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1581   {
1582     // Note: moved here from class CrossRef as the latter class has dependencies
1583     // not availability to the applet's classpath
1584     return hasCrossRef(seq1, seq2) || hasCrossRef(seq2, seq1);
1585   }
1586
1587   /**
1588    * Returns true if seq1 has a cross-reference to seq2. Currently this assumes
1589    * that sequence name is structured as Source|AccessionId.
1590    * 
1591    * @param seq1
1592    * @param seq2
1593    * @return
1594    */
1595   public static boolean hasCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1596   {
1597     if (seq1 == null || seq2 == null)
1598     {
1599       return false;
1600     }
1601     String name = seq2.getName();
1602     final DBRefEntry[] xrefs = seq1.getDBRefs();
1603     if (xrefs != null)
1604     {
1605       for (DBRefEntry xref : xrefs)
1606       {
1607         String xrefName = xref.getSource() + "|" + xref.getAccessionId();
1608         // case-insensitive test, consistent with DBRefEntry.equalRef()
1609         if (xrefName.equalsIgnoreCase(name))
1610         {
1611           return true;
1612         }
1613       }
1614     }
1615     return false;
1616   }
1617
1618   /**
1619    * Constructs an alignment consisting of the mapped (CDS) regions in the given
1620    * nucleotide sequences, and updates mappings to match. The CDS sequences are
1621    * added to the original alignment's dataset, which is shared by the new
1622    * alignment. Mappings from nucleotide to CDS, and from CDS to protein, are
1623    * added to the alignment dataset.
1624    * 
1625    * @param dna
1626    *          aligned nucleotide (dna or cds) sequences
1627    * @param dataset
1628    *          the alignment dataset the sequences belong to
1629    * @param products
1630    *          (optional) to restrict results to CDS that map to specified
1631    *          protein products
1632    * @return an alignment whose sequences are the cds-only parts of the dna
1633    *         sequences (or null if no mappings are found)
1634    */
1635   public static AlignmentI makeCdsAlignment(SequenceI[] dna,
1636           AlignmentI dataset, SequenceI[] products)
1637   {
1638     if (dataset == null || dataset.getDataset() != null)
1639     {
1640       throw new IllegalArgumentException(
1641               "IMPLEMENTATION ERROR: dataset.getDataset() must be null!");
1642     }
1643     List<SequenceI> foundSeqs = new ArrayList<>();
1644     List<SequenceI> cdsSeqs = new ArrayList<>();
1645     List<AlignedCodonFrame> mappings = dataset.getCodonFrames();
1646     HashSet<SequenceI> productSeqs = null;
1647     if (products != null)
1648     {
1649       productSeqs = new HashSet<>();
1650       for (SequenceI seq : products)
1651       {
1652         productSeqs.add(seq.getDatasetSequence() == null ? seq : seq
1653                 .getDatasetSequence());
1654       }
1655     }
1656
1657     /*
1658      * Construct CDS sequences from mappings on the alignment dataset.
1659      * The logic is:
1660      * - find the protein product(s) mapped to from each dna sequence
1661      * - if the mapping covers the whole dna sequence (give or take start/stop
1662      *   codon), take the dna as the CDS sequence
1663      * - else search dataset mappings for a suitable dna sequence, i.e. one
1664      *   whose whole sequence is mapped to the protein 
1665      * - if no sequence found, construct one from the dna sequence and mapping
1666      *   (and add it to dataset so it is found if this is repeated)
1667      */
1668     for (SequenceI dnaSeq : dna)
1669     {
1670       SequenceI dnaDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1671               : dnaSeq.getDatasetSequence();
1672
1673       List<AlignedCodonFrame> seqMappings = MappingUtils
1674               .findMappingsForSequence(dnaSeq, mappings);
1675       for (AlignedCodonFrame mapping : seqMappings)
1676       {
1677         List<Mapping> mappingsFromSequence = mapping
1678                 .getMappingsFromSequence(dnaSeq);
1679
1680         for (Mapping aMapping : mappingsFromSequence)
1681         {
1682           MapList mapList = aMapping.getMap();
1683           if (mapList.getFromRatio() == 1)
1684           {
1685             /*
1686              * not a dna-to-protein mapping (likely dna-to-cds)
1687              */
1688             continue;
1689           }
1690
1691           /*
1692            * skip if mapping is not to one of the target set of proteins
1693            */
1694           SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1695           if (productSeqs != null && !productSeqs.contains(proteinProduct))
1696           {
1697             continue;
1698           }
1699
1700           /*
1701            * try to locate the CDS from the dataset mappings;
1702            * guard against duplicate results (for the case that protein has
1703            * dbrefs to both dna and cds sequences)
1704            */
1705           SequenceI cdsSeq = findCdsForProtein(mappings, dnaSeq,
1706                   seqMappings, aMapping);
1707           if (cdsSeq != null)
1708           {
1709             if (!foundSeqs.contains(cdsSeq))
1710             {
1711               foundSeqs.add(cdsSeq);
1712               SequenceI derivedSequence = cdsSeq.deriveSequence();
1713               cdsSeqs.add(derivedSequence);
1714               if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeq))
1715               {
1716                 dataset.addSequence(cdsSeq);
1717               }
1718             }
1719             continue;
1720           }
1721
1722           /*
1723            * didn't find mapped CDS sequence - construct it and add
1724            * its dataset sequence to the dataset
1725            */
1726           cdsSeq = makeCdsSequence(dnaSeq.getDatasetSequence(), aMapping,
1727                   dataset).deriveSequence();
1728           // cdsSeq has a name constructed as CDS|<dbref>
1729           // <dbref> will be either the accession for the coding sequence,
1730           // marked in the /via/ dbref to the protein product accession
1731           // or it will be the original nucleotide accession.
1732           SequenceI cdsSeqDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
1733
1734           cdsSeqs.add(cdsSeq);
1735
1736           /*
1737            * build the mapping from CDS to protein
1738            */
1739           List<int[]> cdsRange = Collections
1740                   .singletonList(new int[]
1741                   { cdsSeq.getStart(),
1742                       cdsSeq.getLength() + cdsSeq.getStart() - 1 });
1743           MapList cdsToProteinMap = new MapList(cdsRange,
1744                   mapList.getToRanges(), mapList.getFromRatio(),
1745                   mapList.getToRatio());
1746
1747           if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeqDss))
1748           {
1749             /*
1750              * if this sequence is a newly created one, add it to the dataset
1751              * and made a CDS to protein mapping (if sequence already exists,
1752              * CDS-to-protein mapping _is_ the transcript-to-protein mapping)
1753              */
1754             dataset.addSequence(cdsSeqDss);
1755             AlignedCodonFrame cdsToProteinMapping = new AlignedCodonFrame();
1756             cdsToProteinMapping.addMap(cdsSeqDss, proteinProduct,
1757                   cdsToProteinMap);
1758
1759             /*
1760              * guard against duplicating the mapping if repeating this action
1761              */
1762             if (!mappings.contains(cdsToProteinMapping))
1763             {
1764               mappings.add(cdsToProteinMapping);
1765             }
1766           }
1767
1768           propagateDBRefsToCDS(cdsSeqDss, dnaSeq.getDatasetSequence(),
1769                   proteinProduct, aMapping);
1770           /*
1771            * add another mapping from original 'from' range to CDS
1772            */
1773           AlignedCodonFrame dnaToCdsMapping = new AlignedCodonFrame();
1774           final MapList dnaToCdsMap = new MapList(mapList.getFromRanges(),
1775                   cdsRange, 1, 1);
1776           dnaToCdsMapping.addMap(dnaSeq.getDatasetSequence(), cdsSeqDss,
1777                   dnaToCdsMap);
1778           if (!mappings.contains(dnaToCdsMapping))
1779           {
1780             mappings.add(dnaToCdsMapping);
1781           }
1782
1783           /*
1784            * transfer dna chromosomal loci (if known) to the CDS
1785            * sequence (via the mapping)
1786            */
1787           final MapList cdsToDnaMap = dnaToCdsMap.getInverse();
1788           transferGeneLoci(dnaSeq, cdsToDnaMap, cdsSeq);
1789
1790           /*
1791            * add DBRef with mapping from protein to CDS
1792            * (this enables Get Cross-References from protein alignment)
1793            * This is tricky because we can't have two DBRefs with the
1794            * same source and accession, so need a different accession for
1795            * the CDS from the dna sequence
1796            */
1797
1798           // specific use case:
1799           // Genomic contig ENSCHR:1, contains coding regions for ENSG01,
1800           // ENSG02, ENSG03, with transcripts and products similarly named.
1801           // cannot add distinct dbrefs mapping location on ENSCHR:1 to ENSG01
1802
1803           // JBPNote: ?? can't actually create an example that demonstrates we
1804           // need to
1805           // synthesize an xref.
1806
1807           for (DBRefEntry primRef : dnaDss.getPrimaryDBRefs())
1808           {
1809             /*
1810              * create a cross-reference from CDS to the source sequence's
1811              * primary reference and vice versa
1812              */
1813             String source = primRef.getSource();
1814             String version = primRef.getVersion();
1815             DBRefEntry cdsCrossRef = new DBRefEntry(source, source + ":"
1816                     + version, primRef.getAccessionId());
1817             cdsCrossRef.setMap(new Mapping(dnaDss, new MapList(cdsToDnaMap)));
1818             cdsSeqDss.addDBRef(cdsCrossRef);
1819
1820             dnaSeq.addDBRef(new DBRefEntry(source, version, cdsSeq
1821                     .getName(), new Mapping(cdsSeqDss, dnaToCdsMap)));
1822
1823             // problem here is that the cross-reference is synthesized -
1824             // cdsSeq.getName() may be like 'CDS|dnaaccession' or
1825             // 'CDS|emblcdsacc'
1826             // assuming cds version same as dna ?!?
1827
1828             DBRefEntry proteinToCdsRef = new DBRefEntry(source, version,
1829                     cdsSeq.getName());
1830             //
1831             proteinToCdsRef.setMap(new Mapping(cdsSeqDss, cdsToProteinMap
1832                     .getInverse()));
1833             proteinProduct.addDBRef(proteinToCdsRef);
1834           }
1835
1836           /*
1837            * transfer any features on dna that overlap the CDS
1838            */
1839           transferFeatures(dnaSeq, cdsSeq, dnaToCdsMap, null,
1840                   SequenceOntologyI.CDS);
1841         }
1842       }
1843     }
1844
1845     AlignmentI cds = new Alignment(cdsSeqs.toArray(new SequenceI[cdsSeqs
1846             .size()]));
1847     cds.setDataset(dataset);
1848
1849     return cds;
1850   }
1851
1852   /**
1853    * Tries to transfer gene loci (dbref to chromosome positions) from fromSeq to
1854    * toSeq, mediated by the given mapping between the sequences
1855    * 
1856    * @param fromSeq
1857    * @param targetToFrom
1858    *          Map
1859    * @param targetSeq
1860    */
1861   protected static void transferGeneLoci(SequenceI fromSeq,
1862           MapList targetToFrom, SequenceI targetSeq)
1863   {
1864     if (targetSeq.getGeneLoci() != null)
1865     {
1866       // already have - don't override
1867       return;
1868     }
1869     GeneLociI fromLoci = fromSeq.getGeneLoci();
1870     if (fromLoci == null)
1871     {
1872       return;
1873     }
1874
1875     MapList newMap = targetToFrom.traverse(fromLoci.getMapping());
1876
1877     if (newMap != null)
1878     {
1879       targetSeq.setGeneLoci(fromLoci.getSpeciesId(),
1880               fromLoci.getAssemblyId(), fromLoci.getChromosomeId(), newMap);
1881     }
1882   }
1883
1884   /**
1885    * A helper method that finds a CDS sequence in the alignment dataset that is
1886    * mapped to the given protein sequence, and either is, or has a mapping from,
1887    * the given dna sequence.
1888    * 
1889    * @param mappings
1890    *          set of all mappings on the dataset
1891    * @param dnaSeq
1892    *          a dna (or cds) sequence we are searching from
1893    * @param seqMappings
1894    *          the set of mappings involving dnaSeq
1895    * @param aMapping
1896    *          a transcript-to-peptide mapping
1897    * @return
1898    */
1899   static SequenceI findCdsForProtein(List<AlignedCodonFrame> mappings,
1900           SequenceI dnaSeq, List<AlignedCodonFrame> seqMappings,
1901           Mapping aMapping)
1902   {
1903     /*
1904      * TODO a better dna-cds-protein mapping data representation to allow easy
1905      * navigation; until then this clunky looping around lists of mappings
1906      */
1907     SequenceI seqDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1908             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1909     SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1910
1911     /*
1912      * is this mapping from the whole dna sequence (i.e. CDS)?
1913      * allowing for possible stop codon on dna but not peptide
1914      */
1915     int mappedFromLength = MappingUtils
1916             .getLength(aMapping.getMap().getFromRanges());
1917     int dnaLength = seqDss.getLength();
1918     if (mappedFromLength == dnaLength
1919             || mappedFromLength == dnaLength - CODON_LENGTH)
1920     {
1921       /*
1922        * if sequence has CDS features, this is a transcript with no UTR
1923        * - do not take this as the CDS sequence! (JAL-2789)
1924        */
1925       if (seqDss.getFeatures().getFeaturesByOntology(SequenceOntologyI.CDS)
1926               .isEmpty())
1927       {
1928         return seqDss;
1929       }
1930     }
1931
1932     /*
1933      * looks like we found the dna-to-protein mapping; search for the
1934      * corresponding cds-to-protein mapping
1935      */
1936     List<AlignedCodonFrame> mappingsToPeptide = MappingUtils
1937             .findMappingsForSequence(proteinProduct, mappings);
1938     for (AlignedCodonFrame acf : mappingsToPeptide)
1939     {
1940       for (SequenceToSequenceMapping map : acf.getMappings())
1941       {
1942         Mapping mapping = map.getMapping();
1943         if (mapping != aMapping
1944                 && mapping.getMap().getFromRatio() == CODON_LENGTH
1945                 && proteinProduct == mapping.getTo()
1946                 && seqDss != map.getFromSeq())
1947         {
1948           mappedFromLength = MappingUtils
1949                   .getLength(mapping.getMap().getFromRanges());
1950           if (mappedFromLength == map.getFromSeq().getLength())
1951           {
1952             /*
1953             * found a 3:1 mapping to the protein product which covers
1954             * the whole dna sequence i.e. is from CDS; finally check the CDS
1955             * is mapped from the given dna start sequence
1956             */
1957             SequenceI cdsSeq = map.getFromSeq();
1958             // todo this test is weak if seqMappings contains multiple mappings;
1959             // we get away with it if transcript:cds relationship is 1:1
1960             List<AlignedCodonFrame> dnaToCdsMaps = MappingUtils
1961                     .findMappingsForSequence(cdsSeq, seqMappings);
1962             if (!dnaToCdsMaps.isEmpty())
1963             {
1964               return cdsSeq;
1965             }
1966           }
1967         }
1968       }
1969     }
1970     return null;
1971   }
1972
1973   /**
1974    * Helper method that makes a CDS sequence as defined by the mappings from the
1975    * given sequence i.e. extracts the 'mapped from' ranges (which may be on
1976    * forward or reverse strand).
1977    * 
1978    * @param seq
1979    * @param mapping
1980    * @param dataset
1981    *          - existing dataset. We check for sequences that look like the CDS
1982    *          we are about to construct, if one exists already, then we will
1983    *          just return that one.
1984    * @return CDS sequence (as a dataset sequence)
1985    */
1986   static SequenceI makeCdsSequence(SequenceI seq, Mapping mapping,
1987           AlignmentI dataset)
1988   {
1989     /*
1990      * construct CDS sequence name as "CDS|" with 'from id' held in the mapping
1991      * if set (e.g. EMBL protein_id), else sequence name appended
1992      */
1993     String mapFromId = mapping.getMappedFromId();
1994     final String seqId = "CDS|"
1995             + (mapFromId != null ? mapFromId : seq.getName());
1996
1997     SequenceI newSeq = null;
1998
1999     /*
2000      * construct CDS sequence by splicing mapped from ranges
2001      */
2002     char[] seqChars = seq.getSequence();
2003     List<int[]> fromRanges = mapping.getMap().getFromRanges();
2004     int cdsWidth = MappingUtils.getLength(fromRanges);
2005     char[] newSeqChars = new char[cdsWidth];
2006
2007     int newPos = 0;
2008     for (int[] range : fromRanges)
2009     {
2010       if (range[0] <= range[1])
2011       {
2012         // forward strand mapping - just copy the range
2013         int length = range[1] - range[0] + 1;
2014         System.arraycopy(seqChars, range[0] - 1, newSeqChars, newPos,
2015                 length);
2016         newPos += length;
2017       }
2018       else
2019       {
2020         // reverse strand mapping - copy and complement one by one
2021         for (int i = range[0]; i >= range[1]; i--)
2022         {
2023           newSeqChars[newPos++] = Dna.getComplement(seqChars[i - 1]);
2024         }
2025       }
2026
2027       newSeq = new Sequence(seqId, newSeqChars, 1, newPos);
2028     }
2029
2030     if (dataset != null)
2031     {
2032       SequenceI[] matches = dataset.findSequenceMatch(newSeq.getName());
2033       if (matches != null)
2034       {
2035         boolean matched = false;
2036         for (SequenceI mtch : matches)
2037         {
2038           if (mtch.getStart() != newSeq.getStart())
2039           {
2040             continue;
2041           }
2042           if (mtch.getEnd() != newSeq.getEnd())
2043           {
2044             continue;
2045           }
2046           if (!Arrays.equals(mtch.getSequence(), newSeq.getSequence()))
2047           {
2048             continue;
2049           }
2050           if (!matched)
2051           {
2052             matched = true;
2053             newSeq = mtch;
2054           }
2055           else
2056           {
2057             Cache.log.error(
2058                     "JAL-2154 regression: warning - found (and ignored) a duplicate CDS sequence:" + mtch.toString());
2059           }
2060         }
2061       }
2062     }
2063     // newSeq.setDescription(mapFromId);
2064
2065     return newSeq;
2066   }
2067
2068   /**
2069    * Adds any DBRefEntrys to cdsSeq from contig that have a Mapping congruent to
2070    * the given mapping.
2071    * 
2072    * @param cdsSeq
2073    * @param contig
2074    * @param proteinProduct
2075    * @param mapping
2076    * @return list of DBRefEntrys added
2077    */
2078   protected static List<DBRefEntry> propagateDBRefsToCDS(SequenceI cdsSeq,
2079           SequenceI contig, SequenceI proteinProduct, Mapping mapping)
2080   {
2081
2082     // gather direct refs from contig congruent with mapping
2083     List<DBRefEntry> direct = new ArrayList<>();
2084     HashSet<String> directSources = new HashSet<>();
2085
2086     if (contig.getDBRefs() != null)
2087     {
2088       for (DBRefEntry dbr : contig.getDBRefs())
2089       {
2090         if (dbr.hasMap() && dbr.getMap().getMap().isTripletMap())
2091         {
2092           MapList map = dbr.getMap().getMap();
2093           // check if map is the CDS mapping
2094           if (mapping.getMap().equals(map))
2095           {
2096             direct.add(dbr);
2097             directSources.add(dbr.getSource());
2098           }
2099         }
2100       }
2101     }
2102     DBRefEntry[] onSource = DBRefUtils.selectRefs(
2103             proteinProduct.getDBRefs(),
2104             directSources.toArray(new String[0]));
2105     List<DBRefEntry> propagated = new ArrayList<>();
2106
2107     // and generate appropriate mappings
2108     for (DBRefEntry cdsref : direct)
2109     {
2110       // clone maplist and mapping
2111       MapList cdsposmap = new MapList(
2112               Arrays.asList(new int[][]
2113               { new int[] { cdsSeq.getStart(), cdsSeq.getEnd() } }),
2114               cdsref.getMap().getMap().getToRanges(), 3, 1);
2115       Mapping cdsmap = new Mapping(cdsref.getMap().getTo(),
2116               cdsref.getMap().getMap());
2117
2118       // create dbref
2119       DBRefEntry newref = new DBRefEntry(cdsref.getSource(),
2120               cdsref.getVersion(), cdsref.getAccessionId(),
2121               new Mapping(cdsmap.getTo(), cdsposmap));
2122
2123       // and see if we can map to the protein product for this mapping.
2124       // onSource is the filtered set of accessions on protein that we are
2125       // tranferring, so we assume accession is the same.
2126       if (cdsmap.getTo() == null && onSource != null)
2127       {
2128         List<DBRefEntry> sourceRefs = DBRefUtils.searchRefs(onSource,
2129                 cdsref.getAccessionId());
2130         if (sourceRefs != null)
2131         {
2132           for (DBRefEntry srcref : sourceRefs)
2133           {
2134             if (srcref.getSource().equalsIgnoreCase(cdsref.getSource()))
2135             {
2136               // we have found a complementary dbref on the protein product, so
2137               // update mapping's getTo
2138               newref.getMap().setTo(proteinProduct);
2139             }
2140           }
2141         }
2142       }
2143       cdsSeq.addDBRef(newref);
2144       propagated.add(newref);
2145     }
2146     return propagated;
2147   }
2148
2149   /**
2150    * Transfers co-located features on 'fromSeq' to 'toSeq', adjusting the
2151    * feature start/end ranges, optionally omitting specified feature types.
2152    * Returns the number of features copied.
2153    * 
2154    * @param fromSeq
2155    * @param toSeq
2156    * @param mapping
2157    *          the mapping from 'fromSeq' to 'toSeq'
2158    * @param select
2159    *          if not null, only features of this type are copied (including
2160    *          subtypes in the Sequence Ontology)
2161    * @param omitting
2162    */
2163   protected static int transferFeatures(SequenceI fromSeq, SequenceI toSeq,
2164           MapList mapping, String select, String... omitting)
2165   {
2166     SequenceI copyTo = toSeq;
2167     while (copyTo.getDatasetSequence() != null)
2168     {
2169       copyTo = copyTo.getDatasetSequence();
2170     }
2171     if (fromSeq == copyTo || fromSeq.getDatasetSequence() == copyTo)
2172     {
2173       return 0; // shared dataset sequence
2174     }
2175
2176     /*
2177      * get features, optionally restricted by an ontology term
2178      */
2179     List<SequenceFeature> sfs = select == null ? fromSeq.getFeatures()
2180             .getPositionalFeatures() : fromSeq.getFeatures()
2181             .getFeaturesByOntology(select);
2182
2183     int count = 0;
2184     for (SequenceFeature sf : sfs)
2185     {
2186       String type = sf.getType();
2187       boolean omit = false;
2188       for (String toOmit : omitting)
2189       {
2190         if (type.equals(toOmit))
2191         {
2192           omit = true;
2193         }
2194       }
2195       if (omit)
2196       {
2197         continue;
2198       }
2199
2200       /*
2201        * locate the mapped range - null if either start or end is
2202        * not mapped (no partial overlaps are calculated)
2203        */
2204       int start = sf.getBegin();
2205       int end = sf.getEnd();
2206       int[] mappedTo = mapping.locateInTo(start, end);
2207       /*
2208        * if whole exon range doesn't map, try interpreting it
2209        * as 5' or 3' exon overlapping the CDS range
2210        */
2211       if (mappedTo == null)
2212       {
2213         mappedTo = mapping.locateInTo(end, end);
2214         if (mappedTo != null)
2215         {
2216           /*
2217            * end of exon is in CDS range - 5' overlap
2218            * to a range from the start of the peptide
2219            */
2220           mappedTo[0] = 1;
2221         }
2222       }
2223       if (mappedTo == null)
2224       {
2225         mappedTo = mapping.locateInTo(start, start);
2226         if (mappedTo != null)
2227         {
2228           /*
2229            * start of exon is in CDS range - 3' overlap
2230            * to a range up to the end of the peptide
2231            */
2232           mappedTo[1] = toSeq.getLength();
2233         }
2234       }
2235       if (mappedTo != null)
2236       {
2237         int newBegin = Math.min(mappedTo[0], mappedTo[1]);
2238         int newEnd = Math.max(mappedTo[0], mappedTo[1]);
2239         SequenceFeature copy = new SequenceFeature(sf, newBegin, newEnd,
2240                 sf.getFeatureGroup(), sf.getScore());
2241         copyTo.addSequenceFeature(copy);
2242         count++;
2243       }
2244     }
2245     return count;
2246   }
2247
2248   /**
2249    * Returns a mapping from dna to protein by inspecting sequence features of
2250    * type "CDS" on the dna. A mapping is constructed if the total CDS feature
2251    * length is 3 times the peptide length (optionally after dropping a trailing
2252    * stop codon). This method does not check whether the CDS nucleotide sequence
2253    * translates to the peptide sequence.
2254    * 
2255    * @param dnaSeq
2256    * @param proteinSeq
2257    * @return
2258    */
2259   public static MapList mapCdsToProtein(SequenceI dnaSeq,
2260           SequenceI proteinSeq)
2261   {
2262     List<int[]> ranges = findCdsPositions(dnaSeq);
2263     int mappedDnaLength = MappingUtils.getLength(ranges);
2264
2265     /*
2266      * if not a whole number of codons, truncate mapping
2267      */
2268     int codonRemainder = mappedDnaLength % CODON_LENGTH;
2269     if (codonRemainder > 0)
2270     {
2271       mappedDnaLength -= codonRemainder;
2272       MappingUtils.removeEndPositions(codonRemainder, ranges);
2273     }
2274
2275     int proteinLength = proteinSeq.getLength();
2276     int proteinStart = proteinSeq.getStart();
2277     int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
2278
2279     /*
2280      * incomplete start codon may mean X at start of peptide
2281      * we ignore both for mapping purposes
2282      */
2283     if (proteinSeq.getCharAt(0) == 'X')
2284     {
2285       // todo JAL-2022 support startPhase > 0
2286       proteinStart++;
2287       proteinLength--;
2288     }
2289     List<int[]> proteinRange = new ArrayList<>();
2290
2291     /*
2292      * dna length should map to protein (or protein plus stop codon)
2293      */
2294     int codesForResidues = mappedDnaLength / CODON_LENGTH;
2295     if (codesForResidues == (proteinLength + 1))
2296     {
2297       // assuming extra codon is for STOP and not in peptide
2298       // todo: check trailing codon is indeed a STOP codon
2299       codesForResidues--;
2300       mappedDnaLength -= CODON_LENGTH;
2301       MappingUtils.removeEndPositions(CODON_LENGTH, ranges);
2302     }
2303
2304     if (codesForResidues == proteinLength)
2305     {
2306       proteinRange.add(new int[] { proteinStart, proteinEnd });
2307       return new MapList(ranges, proteinRange, CODON_LENGTH, 1);
2308     }
2309     return null;
2310   }
2311
2312   /**
2313    * Returns a list of CDS ranges found (as sequence positions base 1), i.e. of
2314    * [start, end] positions of sequence features of type "CDS" (or a sub-type of
2315    * CDS in the Sequence Ontology). The ranges are sorted into ascending start
2316    * position order, so this method is only valid for linear CDS in the same
2317    * sense as the protein product.
2318    * 
2319    * @param dnaSeq
2320    * @return
2321    */
2322   protected static List<int[]> findCdsPositions(SequenceI dnaSeq)
2323   {
2324     List<int[]> result = new ArrayList<>();
2325
2326     List<SequenceFeature> sfs = dnaSeq.getFeatures().getFeaturesByOntology(
2327             SequenceOntologyI.CDS);
2328     if (sfs.isEmpty())
2329     {
2330       return result;
2331     }
2332     SequenceFeatures.sortFeatures(sfs, true);
2333
2334     for (SequenceFeature sf : sfs)
2335     {
2336       int phase = 0;
2337       try
2338       {
2339         phase = Integer.parseInt(sf.getPhase());
2340       } catch (NumberFormatException e)
2341       {
2342         // ignore
2343       }
2344       /*
2345        * phase > 0 on first codon means 5' incomplete - skip to the start
2346        * of the next codon; example ENST00000496384
2347        */
2348       int begin = sf.getBegin();
2349       int end = sf.getEnd();
2350       if (result.isEmpty() && phase > 0)
2351       {
2352         begin += phase;
2353         if (begin > end)
2354         {
2355           // shouldn't happen!
2356           System.err
2357                   .println("Error: start phase extends beyond start CDS in "
2358                           + dnaSeq.getName());
2359         }
2360       }
2361       result.add(new int[] { begin, end });
2362     }
2363
2364     /*
2365      * Finally sort ranges by start position. This avoids a dependency on 
2366      * keeping features in order on the sequence (if they are in order anyway,
2367      * the sort will have almost no work to do). The implicit assumption is CDS
2368      * ranges are assembled in order. Other cases should not use this method,
2369      * but instead construct an explicit mapping for CDS (e.g. EMBL parsing).
2370      */
2371     Collections.sort(result, IntRangeComparator.ASCENDING);
2372     return result;
2373   }
2374
2375   /**
2376    * Makes an alignment with a copy of the given sequences, adding in any
2377    * non-redundant sequences which are mapped to by the cross-referenced
2378    * sequences.
2379    * 
2380    * @param seqs
2381    * @param xrefs
2382    * @param dataset
2383    *          the alignment dataset shared by the new copy
2384    * @return
2385    */
2386   public static AlignmentI makeCopyAlignment(SequenceI[] seqs,
2387           SequenceI[] xrefs, AlignmentI dataset)
2388   {
2389     AlignmentI copy = new Alignment(new Alignment(seqs));
2390     copy.setDataset(dataset);
2391     boolean isProtein = !copy.isNucleotide();
2392     SequenceIdMatcher matcher = new SequenceIdMatcher(seqs);
2393     if (xrefs != null)
2394     {
2395       for (SequenceI xref : xrefs)
2396       {
2397         DBRefEntry[] dbrefs = xref.getDBRefs();
2398         if (dbrefs != null)
2399         {
2400           for (DBRefEntry dbref : dbrefs)
2401           {
2402             if (dbref.getMap() == null || dbref.getMap().getTo() == null
2403                     || dbref.getMap().getTo().isProtein() != isProtein)
2404             {
2405               continue;
2406             }
2407             SequenceI mappedTo = dbref.getMap().getTo();
2408             SequenceI match = matcher.findIdMatch(mappedTo);
2409             if (match == null)
2410             {
2411               matcher.add(mappedTo);
2412               copy.addSequence(mappedTo);
2413             }
2414           }
2415         }
2416       }
2417     }
2418     return copy;
2419   }
2420
2421   /**
2422    * Try to align sequences in 'unaligned' to match the alignment of their
2423    * mapped regions in 'aligned'. For example, could use this to align CDS
2424    * sequences which are mapped to their parent cDNA sequences.
2425    * 
2426    * This method handles 1:1 mappings (dna-to-dna or protein-to-protein). For
2427    * dna-to-protein or protein-to-dna use alternative methods.
2428    * 
2429    * @param unaligned
2430    *          sequences to be aligned
2431    * @param aligned
2432    *          holds aligned sequences and their mappings
2433    * @return
2434    */
2435   public static int alignAs(AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned)
2436   {
2437     /*
2438      * easy case - aligning a copy of aligned sequences
2439      */
2440     if (alignAsSameSequences(unaligned, aligned))
2441     {
2442       return unaligned.getHeight();
2443     }
2444
2445     /*
2446      * fancy case - aligning via mappings between sequences
2447      */
2448     List<SequenceI> unmapped = new ArrayList<>();
2449     Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> columnMap = buildMappedColumnsMap(
2450             unaligned, aligned, unmapped);
2451     int width = columnMap.size();
2452     char gap = unaligned.getGapCharacter();
2453     int realignedCount = 0;
2454     // TODO: verify this loop scales sensibly for very wide/high alignments
2455
2456     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2457     {
2458       if (!unmapped.contains(seq))
2459       {
2460         char[] newSeq = new char[width];
2461         Arrays.fill(newSeq, gap); // JBPComment - doubt this is faster than the
2462                                   // Integer iteration below
2463         int newCol = 0;
2464         int lastCol = 0;
2465
2466         /*
2467          * traverse the map to find columns populated
2468          * by our sequence
2469          */
2470         for (Integer column : columnMap.keySet())
2471         {
2472           Character c = columnMap.get(column).get(seq);
2473           if (c != null)
2474           {
2475             /*
2476              * sequence has a character at this position
2477              * 
2478              */
2479             newSeq[newCol] = c;
2480             lastCol = newCol;
2481           }
2482           newCol++;
2483         }
2484
2485         /*
2486          * trim trailing gaps
2487          */
2488         if (lastCol < width)
2489         {
2490           char[] tmp = new char[lastCol + 1];
2491           System.arraycopy(newSeq, 0, tmp, 0, lastCol + 1);
2492           newSeq = tmp;
2493         }
2494         // TODO: optimise SequenceI to avoid char[]->String->char[]
2495         seq.setSequence(String.valueOf(newSeq));
2496         realignedCount++;
2497       }
2498     }
2499     return realignedCount;
2500   }
2501
2502   /**
2503    * If unaligned and aligned sequences share the same dataset sequences, then
2504    * simply copies the aligned sequences to the unaligned sequences and returns
2505    * true; else returns false
2506    * 
2507    * @param unaligned
2508    *                    - sequences to be aligned based on aligned
2509    * @param aligned
2510    *                    - 'guide' alignment containing sequences derived from same
2511    *                    dataset as unaligned
2512    * @return
2513    */
2514   static boolean alignAsSameSequences(AlignmentI unaligned,
2515           AlignmentI aligned)
2516   {
2517     if (aligned.getDataset() == null || unaligned.getDataset() == null)
2518     {
2519       return false; // should only pass alignments with datasets here
2520     }
2521
2522     // map from dataset sequence to alignment sequence(s)
2523     Map<SequenceI, List<SequenceI>> alignedDatasets = new HashMap<>();
2524     for (SequenceI seq : aligned.getSequences())
2525     {
2526       SequenceI ds = seq.getDatasetSequence();
2527       if (alignedDatasets.get(ds) == null)
2528       {
2529         alignedDatasets.put(ds, new ArrayList<SequenceI>());
2530       }
2531       alignedDatasets.get(ds).add(seq);
2532     }
2533
2534     /*
2535      * first pass - check whether all sequences to be aligned share a 
2536      * dataset sequence with an aligned sequence; also note the leftmost
2537      * ungapped column from which to copy
2538      */
2539     int leftmost = Integer.MAX_VALUE;
2540     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2541     {
2542       final SequenceI ds = seq.getDatasetSequence();
2543       if (!alignedDatasets.containsKey(ds))
2544       {
2545         return false;
2546       }
2547       SequenceI alignedSeq = alignedDatasets.get(ds)
2548               .get(0);
2549       int startCol = alignedSeq.findIndex(seq.getStart()); // 1..
2550       leftmost = Math.min(leftmost, startCol);
2551     }
2552
2553     /*
2554      * second pass - copy aligned sequences;
2555      * heuristic rule: pair off sequences in order for the case where 
2556      * more than one shares the same dataset sequence 
2557      */
2558     final char gapCharacter = aligned.getGapCharacter();
2559     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2560     {
2561       List<SequenceI> alignedSequences = alignedDatasets
2562               .get(seq.getDatasetSequence());
2563       if (alignedSequences.isEmpty())
2564       {
2565         /*
2566          * defensive check - shouldn't happen! (JAL-3536)
2567          */
2568         continue;
2569       }
2570       SequenceI alignedSeq = alignedSequences.get(0);
2571
2572       /*
2573        * gap fill for leading (5') UTR if any
2574        */
2575       // TODO this copies intron columns - wrong!
2576       int startCol = alignedSeq.findIndex(seq.getStart()); // 1..
2577       int endCol = alignedSeq.findIndex(seq.getEnd());
2578       char[] seqchars = new char[endCol - leftmost + 1];
2579       Arrays.fill(seqchars, gapCharacter);
2580       char[] toCopy = alignedSeq.getSequence(startCol - 1, endCol);
2581       System.arraycopy(toCopy, 0, seqchars, startCol - leftmost,
2582               toCopy.length);
2583       seq.setSequence(String.valueOf(seqchars));
2584       if (alignedSequences.size() > 0)
2585       {
2586         // pop off aligned sequences (except the last one)
2587         alignedSequences.remove(0);
2588       }
2589     }
2590
2591     /*
2592      * finally remove gapped columns (e.g. introns)
2593      */
2594     new RemoveGapColCommand("", unaligned.getSequencesArray(), 0,
2595             unaligned.getWidth() - 1, unaligned);
2596
2597     return true;
2598   }
2599
2600   /**
2601    * Returns a map whose key is alignment column number (base 1), and whose
2602    * values are a map of sequence characters in that column.
2603    * 
2604    * @param unaligned
2605    * @param aligned
2606    * @param unmapped
2607    * @return
2608    */
2609   static SortedMap<Integer, Map<SequenceI, Character>> buildMappedColumnsMap(
2610           AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned,
2611           List<SequenceI> unmapped)
2612   {
2613     /*
2614      * Map will hold, for each aligned column position, a map of
2615      * {unalignedSequence, characterPerSequence} at that position.
2616      * TreeMap keeps the entries in ascending column order. 
2617      */
2618     SortedMap<Integer, Map<SequenceI, Character>> map = new TreeMap<>();
2619
2620     /*
2621      * record any sequences that have no mapping so can't be realigned
2622      */
2623     unmapped.addAll(unaligned.getSequences());
2624
2625     List<AlignedCodonFrame> mappings = aligned.getCodonFrames();
2626
2627     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2628     {
2629       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
2630       {
2631         SequenceI fromSeq = mapping.findAlignedSequence(seq, aligned);
2632         if (fromSeq != null)
2633         {
2634           Mapping seqMap = mapping.getMappingBetween(fromSeq, seq);
2635           if (addMappedPositions(seq, fromSeq, seqMap, map))
2636           {
2637             unmapped.remove(seq);
2638           }
2639         }
2640       }
2641     }
2642     return map;
2643   }
2644
2645   /**
2646    * Helper method that adds to a map the mapped column positions of a sequence.
2647    * <br>
2648    * For example if aaTT-Tg-gAAA is mapped to TTTAAA then the map should record
2649    * that columns 3,4,6,10,11,12 map to characters T,T,T,A,A,A of the mapped to
2650    * sequence.
2651    * 
2652    * @param seq
2653    *          the sequence whose column positions we are recording
2654    * @param fromSeq
2655    *          a sequence that is mapped to the first sequence
2656    * @param seqMap
2657    *          the mapping from 'fromSeq' to 'seq'
2658    * @param map
2659    *          a map to add the column positions (in fromSeq) of the mapped
2660    *          positions of seq
2661    * @return
2662    */
2663   static boolean addMappedPositions(SequenceI seq, SequenceI fromSeq,
2664           Mapping seqMap, Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> map)
2665   {
2666     if (seqMap == null)
2667     {
2668       return false;
2669     }
2670
2671     /*
2672      * invert mapping if it is from unaligned to aligned sequence
2673      */
2674     if (seqMap.getTo() == fromSeq.getDatasetSequence())
2675     {
2676       seqMap = new Mapping(seq.getDatasetSequence(),
2677               seqMap.getMap().getInverse());
2678     }
2679
2680     int toStart = seq.getStart();
2681
2682     /*
2683      * traverse [start, end, start, end...] ranges in fromSeq
2684      */
2685     for (int[] fromRange : seqMap.getMap().getFromRanges())
2686     {
2687       for (int i = 0; i < fromRange.length - 1; i += 2)
2688       {
2689         boolean forward = fromRange[i + 1] >= fromRange[i];
2690
2691         /*
2692          * find the range mapped to (sequence positions base 1)
2693          */
2694         int[] range = seqMap.locateMappedRange(fromRange[i],
2695                 fromRange[i + 1]);
2696         if (range == null)
2697         {
2698           System.err.println("Error in mapping " + seqMap + " from "
2699                   + fromSeq.getName());
2700           return false;
2701         }
2702         int fromCol = fromSeq.findIndex(fromRange[i]);
2703         int mappedCharPos = range[0];
2704
2705         /*
2706          * walk over the 'from' aligned sequence in forward or reverse
2707          * direction; when a non-gap is found, record the column position
2708          * of the next character of the mapped-to sequence; stop when all
2709          * the characters of the range have been counted
2710          */
2711         while (mappedCharPos <= range[1] && fromCol <= fromSeq.getLength()
2712                 && fromCol >= 0)
2713         {
2714           if (!Comparison.isGap(fromSeq.getCharAt(fromCol - 1)))
2715           {
2716             /*
2717              * mapped from sequence has a character in this column
2718              * record the column position for the mapped to character
2719              */
2720             Map<SequenceI, Character> seqsMap = map.get(fromCol);
2721             if (seqsMap == null)
2722             {
2723               seqsMap = new HashMap<>();
2724               map.put(fromCol, seqsMap);
2725             }
2726             seqsMap.put(seq, seq.getCharAt(mappedCharPos - toStart));
2727             mappedCharPos++;
2728           }
2729           fromCol += (forward ? 1 : -1);
2730         }
2731       }
2732     }
2733     return true;
2734   }
2735
2736   // strictly temporary hack until proper criteria for aligning protein to cds
2737   // are in place; this is so Ensembl -> fetch xrefs Uniprot aligns the Uniprot
2738   public static boolean looksLikeEnsembl(AlignmentI alignment)
2739   {
2740     for (SequenceI seq : alignment.getSequences())
2741     {
2742       String name = seq.getName();
2743       if (!name.startsWith("ENSG") && !name.startsWith("ENST"))
2744       {
2745         return false;
2746       }
2747     }
2748     return true;
2749   }
2750 }