JAL-2154 - only copy DBRef from contig to new CDS sequence which involve same mapped...
[jalview.git] / src / jalview / analysis / AlignmentUtils.java
1 /*
2  * Jalview - A Sequence Alignment Editor and Viewer ($$Version-Rel$$)
3  * Copyright (C) $$Year-Rel$$ The Jalview Authors
4  * 
5  * This file is part of Jalview.
6  * 
7  * Jalview is free software: you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU General Public License 
9  * as published by the Free Software Foundation, either version 3
10  * of the License, or (at your option) any later version.
11  *  
12  * Jalview is distributed in the hope that it will be useful, but 
13  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty 
14  * of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR 
15  * PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
16  * 
17  * You should have received a copy of the GNU General Public License
18  * along with Jalview.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19  * The Jalview Authors are detailed in the 'AUTHORS' file.
20  */
21 package jalview.analysis;
22
23 import static jalview.io.gff.GffConstants.CLINICAL_SIGNIFICANCE;
24
25 import jalview.api.DBRefEntryI;
26 import jalview.datamodel.AlignedCodon;
27 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame;
28 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame.SequenceToSequenceMapping;
29 import jalview.datamodel.Alignment;
30 import jalview.datamodel.AlignmentAnnotation;
31 import jalview.datamodel.AlignmentI;
32 import jalview.datamodel.DBRefEntry;
33 import jalview.datamodel.IncompleteCodonException;
34 import jalview.datamodel.Mapping;
35 import jalview.datamodel.Sequence;
36 import jalview.datamodel.SequenceFeature;
37 import jalview.datamodel.SequenceGroup;
38 import jalview.datamodel.SequenceI;
39 import jalview.io.gff.SequenceOntologyFactory;
40 import jalview.io.gff.SequenceOntologyI;
41 import jalview.schemes.ResidueProperties;
42 import jalview.util.Comparison;
43 import jalview.util.DBRefUtils;
44 import jalview.util.MapList;
45 import jalview.util.MappingUtils;
46 import jalview.util.StringUtils;
47
48 import java.io.UnsupportedEncodingException;
49 import java.net.URLEncoder;
50 import java.util.ArrayList;
51 import java.util.Arrays;
52 import java.util.Collection;
53 import java.util.Collections;
54 import java.util.Comparator;
55 import java.util.HashMap;
56 import java.util.HashSet;
57 import java.util.Iterator;
58 import java.util.LinkedHashMap;
59 import java.util.List;
60 import java.util.Map;
61 import java.util.Map.Entry;
62 import java.util.NoSuchElementException;
63 import java.util.Set;
64 import java.util.TreeMap;
65
66 /**
67  * grab bag of useful alignment manipulation operations Expect these to be
68  * refactored elsewhere at some point.
69  * 
70  * @author jimp
71  * 
72  */
73 public class AlignmentUtils
74 {
75
76   private static final String SEQUENCE_VARIANT = "sequence_variant:";
77   private static final String ID = "ID";
78
79   /**
80    * A data model to hold the 'normal' base value at a position, and an optional
81    * sequence variant feature
82    */
83   static class DnaVariant
84   {
85     String base;
86
87     SequenceFeature variant;
88
89     DnaVariant(String nuc)
90     {
91       base = nuc;
92     }
93
94     DnaVariant(String nuc, SequenceFeature var)
95     {
96       base = nuc;
97       variant = var;
98     }
99   }
100
101   /**
102    * given an existing alignment, create a new alignment including all, or up to
103    * flankSize additional symbols from each sequence's dataset sequence
104    * 
105    * @param core
106    * @param flankSize
107    * @return AlignmentI
108    */
109   public static AlignmentI expandContext(AlignmentI core, int flankSize)
110   {
111     List<SequenceI> sq = new ArrayList<SequenceI>();
112     int maxoffset = 0;
113     for (SequenceI s : core.getSequences())
114     {
115       SequenceI newSeq = s.deriveSequence();
116       final int newSeqStart = newSeq.getStart() - 1;
117       if (newSeqStart > maxoffset
118               && newSeq.getDatasetSequence().getStart() < s.getStart())
119       {
120         maxoffset = newSeqStart;
121       }
122       sq.add(newSeq);
123     }
124     if (flankSize > -1)
125     {
126       maxoffset = Math.min(maxoffset, flankSize);
127     }
128
129     /*
130      * now add offset left and right to create an expanded alignment
131      */
132     for (SequenceI s : sq)
133     {
134       SequenceI ds = s;
135       while (ds.getDatasetSequence() != null)
136       {
137         ds = ds.getDatasetSequence();
138       }
139       int s_end = s.findPosition(s.getStart() + s.getLength());
140       // find available flanking residues for sequence
141       int ustream_ds = s.getStart() - ds.getStart();
142       int dstream_ds = ds.getEnd() - s_end;
143
144       // build new flanked sequence
145
146       // compute gap padding to start of flanking sequence
147       int offset = maxoffset - ustream_ds;
148
149       // padding is gapChar x ( maxoffset - min(ustream_ds, flank)
150       if (flankSize >= 0)
151       {
152         if (flankSize < ustream_ds)
153         {
154           // take up to flankSize residues
155           offset = maxoffset - flankSize;
156           ustream_ds = flankSize;
157         }
158         if (flankSize <= dstream_ds)
159         {
160           dstream_ds = flankSize - 1;
161         }
162       }
163       // TODO use Character.toLowerCase to avoid creating String objects?
164       char[] upstream = new String(ds.getSequence(s.getStart() - 1
165               - ustream_ds, s.getStart() - 1)).toLowerCase().toCharArray();
166       char[] downstream = new String(ds.getSequence(s_end - 1, s_end
167               + dstream_ds)).toLowerCase().toCharArray();
168       char[] coreseq = s.getSequence();
169       char[] nseq = new char[offset + upstream.length + downstream.length
170               + coreseq.length];
171       char c = core.getGapCharacter();
172
173       int p = 0;
174       for (; p < offset; p++)
175       {
176         nseq[p] = c;
177       }
178
179       System.arraycopy(upstream, 0, nseq, p, upstream.length);
180       System.arraycopy(coreseq, 0, nseq, p + upstream.length,
181               coreseq.length);
182       System.arraycopy(downstream, 0, nseq, p + coreseq.length
183               + upstream.length, downstream.length);
184       s.setSequence(new String(nseq));
185       s.setStart(s.getStart() - ustream_ds);
186       s.setEnd(s_end + downstream.length);
187     }
188     AlignmentI newAl = new jalview.datamodel.Alignment(
189             sq.toArray(new SequenceI[0]));
190     for (SequenceI s : sq)
191     {
192       if (s.getAnnotation() != null)
193       {
194         for (AlignmentAnnotation aa : s.getAnnotation())
195         {
196           aa.adjustForAlignment(); // JAL-1712 fix
197           newAl.addAnnotation(aa);
198         }
199       }
200     }
201     newAl.setDataset(core.getDataset());
202     return newAl;
203   }
204
205   /**
206    * Returns the index (zero-based position) of a sequence in an alignment, or
207    * -1 if not found.
208    * 
209    * @param al
210    * @param seq
211    * @return
212    */
213   public static int getSequenceIndex(AlignmentI al, SequenceI seq)
214   {
215     int result = -1;
216     int pos = 0;
217     for (SequenceI alSeq : al.getSequences())
218     {
219       if (alSeq == seq)
220       {
221         result = pos;
222         break;
223       }
224       pos++;
225     }
226     return result;
227   }
228
229   /**
230    * Returns a map of lists of sequences in the alignment, keyed by sequence
231    * name. For use in mapping between different alignment views of the same
232    * sequences.
233    * 
234    * @see jalview.datamodel.AlignmentI#getSequencesByName()
235    */
236   public static Map<String, List<SequenceI>> getSequencesByName(
237           AlignmentI al)
238   {
239     Map<String, List<SequenceI>> theMap = new LinkedHashMap<String, List<SequenceI>>();
240     for (SequenceI seq : al.getSequences())
241     {
242       String name = seq.getName();
243       if (name != null)
244       {
245         List<SequenceI> seqs = theMap.get(name);
246         if (seqs == null)
247         {
248           seqs = new ArrayList<SequenceI>();
249           theMap.put(name, seqs);
250         }
251         seqs.add(seq);
252       }
253     }
254     return theMap;
255   }
256
257   /**
258    * Build mapping of protein to cDNA alignment. Mappings are made between
259    * sequences where the cDNA translates to the protein sequence. Any new
260    * mappings are added to the protein alignment. Returns true if any mappings
261    * either already exist or were added, else false.
262    * 
263    * @param proteinAlignment
264    * @param cdnaAlignment
265    * @return
266    */
267   public static boolean mapProteinAlignmentToCdna(
268           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment)
269   {
270     if (proteinAlignment == null || cdnaAlignment == null)
271     {
272       return false;
273     }
274
275     Set<SequenceI> mappedDna = new HashSet<SequenceI>();
276     Set<SequenceI> mappedProtein = new HashSet<SequenceI>();
277
278     /*
279      * First pass - map sequences where cross-references exist. This include
280      * 1-to-many mappings to support, for example, variant cDNA.
281      */
282     boolean mappingPerformed = mapProteinToCdna(proteinAlignment,
283             cdnaAlignment, mappedDna, mappedProtein, true);
284
285     /*
286      * Second pass - map sequences where no cross-references exist. This only
287      * does 1-to-1 mappings and assumes corresponding sequences are in the same
288      * order in the alignments.
289      */
290     mappingPerformed |= mapProteinToCdna(proteinAlignment, cdnaAlignment,
291             mappedDna, mappedProtein, false);
292     return mappingPerformed;
293   }
294
295   /**
296    * Make mappings between compatible sequences (where the cDNA translation
297    * matches the protein).
298    * 
299    * @param proteinAlignment
300    * @param cdnaAlignment
301    * @param mappedDna
302    *          a set of mapped DNA sequences (to add to)
303    * @param mappedProtein
304    *          a set of mapped Protein sequences (to add to)
305    * @param xrefsOnly
306    *          if true, only map sequences where xrefs exist
307    * @return
308    */
309   protected static boolean mapProteinToCdna(
310           final AlignmentI proteinAlignment,
311           final AlignmentI cdnaAlignment, Set<SequenceI> mappedDna,
312           Set<SequenceI> mappedProtein, boolean xrefsOnly)
313   {
314     boolean mappingExistsOrAdded = false;
315     List<SequenceI> thisSeqs = proteinAlignment.getSequences();
316     for (SequenceI aaSeq : thisSeqs)
317     {
318       boolean proteinMapped = false;
319       AlignedCodonFrame acf = new AlignedCodonFrame();
320
321       for (SequenceI cdnaSeq : cdnaAlignment.getSequences())
322       {
323         /*
324          * Always try to map if sequences have xref to each other; this supports
325          * variant cDNA or alternative splicing for a protein sequence.
326          * 
327          * If no xrefs, try to map progressively, assuming that alignments have
328          * mappable sequences in corresponding order. These are not
329          * many-to-many, as that would risk mixing species with similar cDNA
330          * sequences.
331          */
332         if (xrefsOnly && !AlignmentUtils.haveCrossRef(aaSeq, cdnaSeq))
333         {
334           continue;
335         }
336
337         /*
338          * Don't map non-xrefd sequences more than once each. This heuristic
339          * allows us to pair up similar sequences in ordered alignments.
340          */
341         if (!xrefsOnly
342                 && (mappedProtein.contains(aaSeq) || mappedDna
343                         .contains(cdnaSeq)))
344         {
345           continue;
346         }
347         if (mappingExists(proteinAlignment.getCodonFrames(),
348                 aaSeq.getDatasetSequence(), cdnaSeq.getDatasetSequence()))
349         {
350           mappingExistsOrAdded = true;
351         }
352         else
353         {
354           MapList map = mapCdnaToProtein(aaSeq, cdnaSeq);
355           if (map != null)
356           {
357             acf.addMap(cdnaSeq, aaSeq, map);
358             mappingExistsOrAdded = true;
359             proteinMapped = true;
360             mappedDna.add(cdnaSeq);
361             mappedProtein.add(aaSeq);
362           }
363         }
364       }
365       if (proteinMapped)
366       {
367         proteinAlignment.addCodonFrame(acf);
368       }
369     }
370     return mappingExistsOrAdded;
371   }
372
373   /**
374    * Answers true if the mappings include one between the given (dataset)
375    * sequences.
376    */
377   public static boolean mappingExists(List<AlignedCodonFrame> mappings,
378           SequenceI aaSeq, SequenceI cdnaSeq)
379   {
380     if (mappings != null)
381     {
382       for (AlignedCodonFrame acf : mappings)
383       {
384         if (cdnaSeq == acf.getDnaForAaSeq(aaSeq))
385         {
386           return true;
387         }
388       }
389     }
390     return false;
391   }
392
393   /**
394    * Builds a mapping (if possible) of a cDNA to a protein sequence.
395    * <ul>
396    * <li>first checks if the cdna translates exactly to the protein sequence</li>
397    * <li>else checks for translation after removing a STOP codon</li>
398    * <li>else checks for translation after removing a START codon</li>
399    * <li>if that fails, inspect CDS features on the cDNA sequence</li>
400    * </ul>
401    * Returns null if no mapping is determined.
402    * 
403    * @param proteinSeq
404    *          the aligned protein sequence
405    * @param cdnaSeq
406    *          the aligned cdna sequence
407    * @return
408    */
409   public static MapList mapCdnaToProtein(SequenceI proteinSeq,
410           SequenceI cdnaSeq)
411   {
412     /*
413      * Here we handle either dataset sequence set (desktop) or absent (applet).
414      * Use only the char[] form of the sequence to avoid creating possibly large
415      * String objects.
416      */
417     final SequenceI proteinDataset = proteinSeq.getDatasetSequence();
418     char[] aaSeqChars = proteinDataset != null ? proteinDataset
419             .getSequence() : proteinSeq.getSequence();
420     final SequenceI cdnaDataset = cdnaSeq.getDatasetSequence();
421     char[] cdnaSeqChars = cdnaDataset != null ? cdnaDataset.getSequence()
422             : cdnaSeq.getSequence();
423     if (aaSeqChars == null || cdnaSeqChars == null)
424     {
425       return null;
426     }
427
428     /*
429      * cdnaStart/End, proteinStartEnd are base 1 (for dataset sequence mapping)
430      */
431     final int mappedLength = 3 * aaSeqChars.length;
432     int cdnaLength = cdnaSeqChars.length;
433     int cdnaStart = cdnaSeq.getStart();
434     int cdnaEnd = cdnaSeq.getEnd();
435     final int proteinStart = proteinSeq.getStart();
436     final int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
437
438     /*
439      * If lengths don't match, try ignoring stop codon (if present)
440      */
441     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2)
442     {
443       String lastCodon = String.valueOf(cdnaSeqChars, cdnaLength - 3, 3)
444               .toUpperCase();
445       for (String stop : ResidueProperties.STOP)
446       {
447         if (lastCodon.equals(stop))
448         {
449           cdnaEnd -= 3;
450           cdnaLength -= 3;
451           break;
452         }
453       }
454     }
455
456     /*
457      * If lengths still don't match, try ignoring start codon.
458      */
459     int startOffset = 0;
460     if (cdnaLength != mappedLength
461             && cdnaLength > 2
462             && String.valueOf(cdnaSeqChars, 0, 3).toUpperCase()
463                     .equals(ResidueProperties.START))
464     {
465       startOffset += 3;
466       cdnaStart += 3;
467       cdnaLength -= 3;
468     }
469
470     if (translatesAs(cdnaSeqChars, startOffset, aaSeqChars))
471     {
472       /*
473        * protein is translation of dna (+/- start/stop codons)
474        */
475       MapList map = new MapList(new int[] { cdnaStart, cdnaEnd }, new int[]
476       { proteinStart, proteinEnd }, 3, 1);
477       return map;
478     }
479
480     /*
481      * translation failed - try mapping CDS annotated regions of dna
482      */
483     return mapCdsToProtein(cdnaSeq, proteinSeq);
484   }
485
486   /**
487    * Test whether the given cdna sequence, starting at the given offset,
488    * translates to the given amino acid sequence, using the standard translation
489    * table. Designed to fail fast i.e. as soon as a mismatch position is found.
490    * 
491    * @param cdnaSeqChars
492    * @param cdnaStart
493    * @param aaSeqChars
494    * @return
495    */
496   protected static boolean translatesAs(char[] cdnaSeqChars, int cdnaStart,
497           char[] aaSeqChars)
498   {
499     if (cdnaSeqChars == null || aaSeqChars == null)
500     {
501       return false;
502     }
503
504     int aaPos = 0;
505     int dnaPos = cdnaStart;
506     for (; dnaPos < cdnaSeqChars.length - 2
507             && aaPos < aaSeqChars.length; dnaPos += 3, aaPos++)
508     {
509       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, 3);
510       final String translated = ResidueProperties.codonTranslate(codon);
511
512       /*
513        * allow * in protein to match untranslatable in dna
514        */
515       final char aaRes = aaSeqChars[aaPos];
516       if ((translated == null || "STOP".equals(translated)) && aaRes == '*')
517       {
518         continue;
519       }
520       if (translated == null || !(aaRes == translated.charAt(0)))
521       {
522         // debug
523         // System.out.println(("Mismatch at " + i + "/" + aaResidue + ": "
524         // + codon + "(" + translated + ") != " + aaRes));
525         return false;
526       }
527     }
528
529     /*
530      * check we matched all of the protein sequence
531      */
532     if (aaPos != aaSeqChars.length)
533     {
534       return false;
535     }
536
537     /*
538      * check we matched all of the dna except
539      * for optional trailing STOP codon
540      */
541     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length)
542     {
543       return true;
544     }
545     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length - 3)
546     {
547       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, 3);
548       if ("STOP".equals(ResidueProperties.codonTranslate(codon)))
549       {
550         return true;
551       }
552     }
553     return false;
554   }
555
556   /**
557    * Align sequence 'seq' to match the alignment of a mapped sequence. Note this
558    * currently assumes that we are aligning cDNA to match protein.
559    * 
560    * @param seq
561    *          the sequence to be realigned
562    * @param al
563    *          the alignment whose sequence alignment is to be 'copied'
564    * @param gap
565    *          character string represent a gap in the realigned sequence
566    * @param preserveUnmappedGaps
567    * @param preserveMappedGaps
568    * @return true if the sequence was realigned, false if it could not be
569    */
570   public static boolean alignSequenceAs(SequenceI seq, AlignmentI al,
571           String gap, boolean preserveMappedGaps,
572           boolean preserveUnmappedGaps)
573   {
574     /*
575      * Get any mappings from the source alignment to the target (dataset)
576      * sequence.
577      */
578     // TODO there may be one AlignedCodonFrame per dataset sequence, or one with
579     // all mappings. Would it help to constrain this?
580     List<AlignedCodonFrame> mappings = al.getCodonFrame(seq);
581     if (mappings == null || mappings.isEmpty())
582     {
583       return false;
584     }
585
586     /*
587      * Locate the aligned source sequence whose dataset sequence is mapped. We
588      * just take the first match here (as we can't align like more than one
589      * sequence).
590      */
591     SequenceI alignFrom = null;
592     AlignedCodonFrame mapping = null;
593     for (AlignedCodonFrame mp : mappings)
594     {
595       alignFrom = mp.findAlignedSequence(seq, al);
596       if (alignFrom != null)
597       {
598         mapping = mp;
599         break;
600       }
601     }
602
603     if (alignFrom == null)
604     {
605       return false;
606     }
607     alignSequenceAs(seq, alignFrom, mapping, gap, al.getGapCharacter(),
608             preserveMappedGaps, preserveUnmappedGaps);
609     return true;
610   }
611
612   /**
613    * Align sequence 'alignTo' the same way as 'alignFrom', using the mapping to
614    * match residues and codons. Flags control whether existing gaps in unmapped
615    * (intron) and mapped (exon) regions are preserved or not. Gaps between
616    * intron and exon are only retained if both flags are set.
617    * 
618    * @param alignTo
619    * @param alignFrom
620    * @param mapping
621    * @param myGap
622    * @param sourceGap
623    * @param preserveUnmappedGaps
624    * @param preserveMappedGaps
625    */
626   public static void alignSequenceAs(SequenceI alignTo,
627           SequenceI alignFrom, AlignedCodonFrame mapping, String myGap,
628           char sourceGap, boolean preserveMappedGaps,
629           boolean preserveUnmappedGaps)
630   {
631     // TODO generalise to work for Protein-Protein, dna-dna, dna-protein
632
633     // aligned and dataset sequence positions, all base zero
634     int thisSeqPos = 0;
635     int sourceDsPos = 0;
636
637     int basesWritten = 0;
638     char myGapChar = myGap.charAt(0);
639     int ratio = myGap.length();
640
641     int fromOffset = alignFrom.getStart() - 1;
642     int toOffset = alignTo.getStart() - 1;
643     int sourceGapMappedLength = 0;
644     boolean inExon = false;
645     final char[] thisSeq = alignTo.getSequence();
646     final char[] thatAligned = alignFrom.getSequence();
647     StringBuilder thisAligned = new StringBuilder(2 * thisSeq.length);
648
649     /*
650      * Traverse the 'model' aligned sequence
651      */
652     for (char sourceChar : thatAligned)
653     {
654       if (sourceChar == sourceGap)
655       {
656         sourceGapMappedLength += ratio;
657         continue;
658       }
659
660       /*
661        * Found a non-gap character. Locate its mapped region if any.
662        */
663       sourceDsPos++;
664       // Note mapping positions are base 1, our sequence positions base 0
665       int[] mappedPos = mapping.getMappedRegion(alignTo, alignFrom,
666               sourceDsPos + fromOffset);
667       if (mappedPos == null)
668       {
669         /*
670          * unmapped position; treat like a gap
671          */
672         sourceGapMappedLength += ratio;
673         // System.err.println("Can't align: no codon mapping to residue "
674         // + sourceDsPos + "(" + sourceChar + ")");
675         // return;
676         continue;
677       }
678
679       int mappedCodonStart = mappedPos[0]; // position (1...) of codon start
680       int mappedCodonEnd = mappedPos[mappedPos.length - 1]; // codon end pos
681       StringBuilder trailingCopiedGap = new StringBuilder();
682
683       /*
684        * Copy dna sequence up to and including this codon. Optionally, include
685        * gaps before the codon starts (in introns) and/or after the codon starts
686        * (in exons).
687        * 
688        * Note this only works for 'linear' splicing, not reverse or interleaved.
689        * But then 'align dna as protein' doesn't make much sense otherwise.
690        */
691       int intronLength = 0;
692       while (basesWritten + toOffset < mappedCodonEnd
693               && thisSeqPos < thisSeq.length)
694       {
695         final char c = thisSeq[thisSeqPos++];
696         if (c != myGapChar)
697         {
698           basesWritten++;
699           int sourcePosition = basesWritten + toOffset;
700           if (sourcePosition < mappedCodonStart)
701           {
702             /*
703              * Found an unmapped (intron) base. First add in any preceding gaps
704              * (if wanted).
705              */
706             if (preserveUnmappedGaps && trailingCopiedGap.length() > 0)
707             {
708               thisAligned.append(trailingCopiedGap.toString());
709               intronLength += trailingCopiedGap.length();
710               trailingCopiedGap = new StringBuilder();
711             }
712             intronLength++;
713             inExon = false;
714           }
715           else
716           {
717             final boolean startOfCodon = sourcePosition == mappedCodonStart;
718             int gapsToAdd = calculateGapsToInsert(preserveMappedGaps,
719                     preserveUnmappedGaps, sourceGapMappedLength, inExon,
720                     trailingCopiedGap.length(), intronLength, startOfCodon);
721             for (int i = 0; i < gapsToAdd; i++)
722             {
723               thisAligned.append(myGapChar);
724             }
725             sourceGapMappedLength = 0;
726             inExon = true;
727           }
728           thisAligned.append(c);
729           trailingCopiedGap = new StringBuilder();
730         }
731         else
732         {
733           if (inExon && preserveMappedGaps)
734           {
735             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
736           }
737           else if (!inExon && preserveUnmappedGaps)
738           {
739             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
740           }
741         }
742       }
743     }
744
745     /*
746      * At end of model aligned sequence. Copy any remaining target sequence, optionally
747      * including (intron) gaps.
748      */
749     while (thisSeqPos < thisSeq.length)
750     {
751       final char c = thisSeq[thisSeqPos++];
752       if (c != myGapChar || preserveUnmappedGaps)
753       {
754         thisAligned.append(c);
755       }
756       sourceGapMappedLength--;
757     }
758
759     /*
760      * finally add gaps to pad for any trailing source gaps or
761      * unmapped characters
762      */
763     if (preserveUnmappedGaps)
764     {
765       while (sourceGapMappedLength > 0)
766       {
767         thisAligned.append(myGapChar);
768         sourceGapMappedLength--;
769       }
770     }
771
772     /*
773      * All done aligning, set the aligned sequence.
774      */
775     alignTo.setSequence(new String(thisAligned));
776   }
777
778   /**
779    * Helper method to work out how many gaps to insert when realigning.
780    * 
781    * @param preserveMappedGaps
782    * @param preserveUnmappedGaps
783    * @param sourceGapMappedLength
784    * @param inExon
785    * @param trailingCopiedGap
786    * @param intronLength
787    * @param startOfCodon
788    * @return
789    */
790   protected static int calculateGapsToInsert(boolean preserveMappedGaps,
791           boolean preserveUnmappedGaps, int sourceGapMappedLength,
792           boolean inExon, int trailingGapLength, int intronLength,
793           final boolean startOfCodon)
794   {
795     int gapsToAdd = 0;
796     if (startOfCodon)
797     {
798       /*
799        * Reached start of codon. Ignore trailing gaps in intron unless we are
800        * preserving gaps in both exon and intron. Ignore them anyway if the
801        * protein alignment introduces a gap at least as large as the intronic
802        * region.
803        */
804       if (inExon && !preserveMappedGaps)
805       {
806         trailingGapLength = 0;
807       }
808       if (!inExon && !(preserveMappedGaps && preserveUnmappedGaps))
809       {
810         trailingGapLength = 0;
811       }
812       if (inExon)
813       {
814         gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
815       }
816       else
817       {
818         if (intronLength + trailingGapLength <= sourceGapMappedLength)
819         {
820           gapsToAdd = sourceGapMappedLength - intronLength;
821         }
822         else
823         {
824           gapsToAdd = Math.min(intronLength + trailingGapLength
825                   - sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
826         }
827       }
828     }
829     else
830     {
831       /*
832        * second or third base of codon; check for any gaps in dna
833        */
834       if (!preserveMappedGaps)
835       {
836         trailingGapLength = 0;
837       }
838       gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
839     }
840     return gapsToAdd;
841   }
842
843   /**
844    * Realigns the given protein to match the alignment of the dna, using codon
845    * mappings to translate aligned codon positions to protein residues.
846    * 
847    * @param protein
848    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
849    * @param dna
850    *          the dna alignment whose alignment we are 'copying'
851    * @return the number of sequences that were realigned
852    */
853   public static int alignProteinAsDna(AlignmentI protein, AlignmentI dna)
854   {
855     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
856     {
857       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
858       return 0;
859     }
860     List<SequenceI> unmappedProtein = new ArrayList<SequenceI>();
861     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = buildCodonColumnsMap(
862             protein, dna, unmappedProtein);
863     return alignProteinAs(protein, alignedCodons, unmappedProtein);
864   }
865
866   /**
867    * Realigns the given dna to match the alignment of the protein, using codon
868    * mappings to translate aligned peptide positions to codons.
869    * 
870    * Always produces a padded CDS alignment.
871    * 
872    * @param dna
873    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
874    * @param protein
875    *          the protein alignment whose alignment we are 'copying'
876    * @return the number of sequences that were realigned
877    */
878   public static int alignCdsAsProtein(AlignmentI dna, AlignmentI protein)
879   {
880     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
881     {
882       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
883       return 0;
884     }
885     // todo: implement this
886     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
887     int alignedCount = 0;
888     int width = 0; // alignment width for padding CDS
889     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
890     {
891       if (alignCdsSequenceAsProtein(dnaSeq, protein, mappings,
892               dna.getGapCharacter()))
893       {
894         alignedCount++;
895       }
896       width = Math.max(dnaSeq.getLength(), width);
897     }
898     int oldwidth, diff;
899     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
900     {
901       oldwidth = dnaSeq.getLength();
902       diff = width - oldwidth;
903       if (diff > 0)
904       {
905         dnaSeq.insertCharAt(oldwidth, diff, dna.getGapCharacter());
906       }
907     }
908     return alignedCount;
909   }
910
911   /**
912    * Helper method to align (if possible) the dna sequence to match the
913    * alignment of a mapped protein sequence. This is currently limited to
914    * handling coding sequence only.
915    * 
916    * @param cdsSeq
917    * @param protein
918    * @param mappings
919    * @param gapChar
920    * @return
921    */
922   static boolean alignCdsSequenceAsProtein(SequenceI cdsSeq,
923           AlignmentI protein, List<AlignedCodonFrame> mappings, char gapChar)
924   {
925     SequenceI cdsDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
926     if (cdsDss == null)
927     {
928       System.err
929               .println("alignCdsSequenceAsProtein needs aligned sequence!");
930       return false;
931     }
932     
933     List<AlignedCodonFrame> dnaMappings = MappingUtils
934             .findMappingsForSequence(cdsSeq, mappings);
935     for (AlignedCodonFrame mapping : dnaMappings)
936     {
937       SequenceI peptide = mapping.findAlignedSequence(cdsSeq, protein);
938       int peptideLength = peptide.getLength();
939       if (peptide != null)
940       {
941         Mapping map = mapping.getMappingBetween(cdsSeq, peptide);
942         if (map != null)
943         {
944           MapList mapList = map.getMap();
945           if (map.getTo() == peptide.getDatasetSequence())
946           {
947             mapList = mapList.getInverse();
948           }
949           int cdsLength = cdsDss.getLength();
950           int mappedFromLength = MappingUtils.getLength(mapList
951                   .getFromRanges());
952           int mappedToLength = MappingUtils
953                   .getLength(mapList.getToRanges());
954           boolean addStopCodon = (cdsLength == mappedFromLength * 3 + 3)
955                   || (peptide.getDatasetSequence().getLength() == mappedFromLength - 1);
956           if (cdsLength != mappedToLength && !addStopCodon)
957           {
958             System.err
959                     .println(String
960                             .format("Can't align cds as protein (length mismatch %d/%d): %s",
961                                     cdsLength, mappedToLength,
962                                     cdsSeq.getName()));
963           }
964
965           /*
966            * pre-fill the aligned cds sequence with gaps
967            */
968           char[] alignedCds = new char[peptideLength * 3
969                   + (addStopCodon ? 3 : 0)];
970           Arrays.fill(alignedCds, gapChar);
971
972           /*
973            * walk over the aligned peptide sequence and insert mapped 
974            * codons for residues in the aligned cds sequence 
975            */
976           char[] alignedPeptide = peptide.getSequence();
977           char[] nucleotides = cdsDss.getSequence();
978           int copiedBases = 0;
979           int cdsStart = cdsDss.getStart();
980           int proteinPos = peptide.getStart() - 1;
981           int cdsCol = 0;
982           for (char residue : alignedPeptide)
983           {
984             if (Comparison.isGap(residue))
985             {
986               cdsCol += 3;
987             }
988             else
989             {
990               proteinPos++;
991               int[] codon = mapList.locateInTo(proteinPos, proteinPos);
992               if (codon == null)
993               {
994                 // e.g. incomplete start codon, X in peptide
995                 cdsCol += 3;
996               }
997               else
998               {
999                 for (int j = codon[0]; j <= codon[1]; j++)
1000                 {
1001                   char mappedBase = nucleotides[j - cdsStart];
1002                   alignedCds[cdsCol++] = mappedBase;
1003                   copiedBases++;
1004                 }
1005               }
1006             }
1007           }
1008
1009           /*
1010            * append stop codon if not mapped from protein,
1011            * closing it up to the end of the mapped sequence
1012            */
1013           if (copiedBases == nucleotides.length - 3)
1014           {
1015             for (int i = alignedCds.length - 1; i >= 0; i--)
1016             {
1017               if (!Comparison.isGap(alignedCds[i]))
1018               {
1019                 cdsCol = i + 1; // gap just after end of sequence
1020                 break;
1021               }
1022             }
1023             for (int i = nucleotides.length - 3; i < nucleotides.length; i++)
1024             {
1025               alignedCds[cdsCol++] = nucleotides[i];
1026             }
1027           }
1028           cdsSeq.setSequence(new String(alignedCds));
1029           return true;
1030         }
1031       }
1032     }
1033     return false;
1034   }
1035
1036   /**
1037    * Builds a map whose key is an aligned codon position (3 alignment column
1038    * numbers base 0), and whose value is a map from protein sequence to each
1039    * protein's peptide residue for that codon. The map generates an ordering of
1040    * the codons, and allows us to read off the peptides at each position in
1041    * order to assemble 'aligned' protein sequences.
1042    * 
1043    * @param protein
1044    *          the protein alignment
1045    * @param dna
1046    *          the coding dna alignment
1047    * @param unmappedProtein
1048    *          any unmapped proteins are added to this list
1049    * @return
1050    */
1051   protected static Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> buildCodonColumnsMap(
1052           AlignmentI protein, AlignmentI dna,
1053           List<SequenceI> unmappedProtein)
1054   {
1055     /*
1056      * maintain a list of any proteins with no mappings - these will be
1057      * rendered 'as is' in the protein alignment as we can't align them
1058      */
1059     unmappedProtein.addAll(protein.getSequences());
1060
1061     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1062
1063     /*
1064      * Map will hold, for each aligned codon position e.g. [3, 5, 6], a map of
1065      * {dnaSequence, {proteinSequence, codonProduct}} at that position. The
1066      * comparator keeps the codon positions ordered.
1067      */
1068     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = new TreeMap<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>>(
1069             new CodonComparator());
1070
1071     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1072     {
1073       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1074       {
1075         SequenceI prot = mapping.findAlignedSequence(dnaSeq, protein);
1076         if (prot != null)
1077         {
1078           Mapping seqMap = mapping.getMappingForSequence(dnaSeq);
1079           addCodonPositions(dnaSeq, prot, protein.getGapCharacter(),
1080                   seqMap, alignedCodons);
1081           unmappedProtein.remove(prot);
1082         }
1083       }
1084     }
1085
1086     /*
1087      * Finally add any unmapped peptide start residues (e.g. for incomplete
1088      * codons) as if at the codon position before the second residue
1089      */
1090     // TODO resolve JAL-2022 so this fudge can be removed
1091     int mappedSequenceCount = protein.getHeight() - unmappedProtein.size();
1092     addUnmappedPeptideStarts(alignedCodons, mappedSequenceCount);
1093     
1094     return alignedCodons;
1095   }
1096
1097   /**
1098    * Scans for any protein mapped from position 2 (meaning unmapped start
1099    * position e.g. an incomplete codon), and synthesizes a 'codon' for it at the
1100    * preceding position in the alignment
1101    * 
1102    * @param alignedCodons
1103    *          the codon-to-peptide map
1104    * @param mappedSequenceCount
1105    *          the number of distinct sequences in the map
1106    */
1107   protected static void addUnmappedPeptideStarts(
1108           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1109           int mappedSequenceCount)
1110   {
1111     // TODO delete this ugly hack once JAL-2022 is resolved
1112     // i.e. we can model startPhase > 0 (incomplete start codon)
1113
1114     List<SequenceI> sequencesChecked = new ArrayList<SequenceI>();
1115     AlignedCodon lastCodon = null;
1116     Map<SequenceI, AlignedCodon> toAdd = new HashMap<SequenceI, AlignedCodon>();
1117
1118     for (Entry<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> entry : alignedCodons
1119             .entrySet())
1120     {
1121       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> sequenceCodon : entry.getValue()
1122               .entrySet())
1123       {
1124         SequenceI seq = sequenceCodon.getKey();
1125         if (sequencesChecked.contains(seq))
1126         {
1127           continue;
1128         }
1129         sequencesChecked.add(seq);
1130         AlignedCodon codon = sequenceCodon.getValue();
1131         if (codon.peptideCol > 1)
1132         {
1133           System.err
1134                   .println("Problem mapping protein with >1 unmapped start positions: "
1135                           + seq.getName());
1136         }
1137         else if (codon.peptideCol == 1)
1138         {
1139           /*
1140            * first position (peptideCol == 0) was unmapped - add it
1141            */
1142           if (lastCodon != null)
1143           {
1144             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(lastCodon.pos1,
1145                     lastCodon.pos2, lastCodon.pos3, String.valueOf(seq
1146                             .getCharAt(0)), 0);
1147             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1148           }
1149           else
1150           {
1151             /*
1152              * unmapped residue at start of alignment (no prior column) -
1153              * 'insert' at nominal codon [0, 0, 0]
1154              */
1155             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(0, 0, 0,
1156                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1157             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1158           }
1159         }
1160         if (sequencesChecked.size() == mappedSequenceCount)
1161         {
1162           // no need to check past first mapped position in all sequences
1163           break;
1164         }
1165       }
1166       lastCodon = entry.getKey();
1167     }
1168
1169     /*
1170      * add any new codons safely after iterating over the map
1171      */
1172     for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> startCodon : toAdd.entrySet())
1173     {
1174       addCodonToMap(alignedCodons, startCodon.getValue(),
1175               startCodon.getKey());
1176     }
1177   }
1178
1179   /**
1180    * Update the aligned protein sequences to match the codon alignments given in
1181    * the map.
1182    * 
1183    * @param protein
1184    * @param alignedCodons
1185    *          an ordered map of codon positions (columns), with sequence/peptide
1186    *          values present in each column
1187    * @param unmappedProtein
1188    * @return
1189    */
1190   protected static int alignProteinAs(AlignmentI protein,
1191           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1192           List<SequenceI> unmappedProtein)
1193   {
1194     /*
1195      * Prefill aligned sequences with gaps before inserting aligned protein
1196      * residues.
1197      */
1198     int alignedWidth = alignedCodons.size();
1199     char[] gaps = new char[alignedWidth];
1200     Arrays.fill(gaps, protein.getGapCharacter());
1201     String allGaps = String.valueOf(gaps);
1202     for (SequenceI seq : protein.getSequences())
1203     {
1204       if (!unmappedProtein.contains(seq))
1205       {
1206         seq.setSequence(allGaps);
1207       }
1208     }
1209
1210     int column = 0;
1211     for (AlignedCodon codon : alignedCodons.keySet())
1212     {
1213       final Map<SequenceI, AlignedCodon> columnResidues = alignedCodons
1214               .get(codon);
1215       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> entry : columnResidues.entrySet())
1216       {
1217         // place translated codon at its column position in sequence
1218         entry.getKey().getSequence()[column] = entry.getValue().product
1219                 .charAt(0);
1220       }
1221       column++;
1222     }
1223     return 0;
1224   }
1225
1226   /**
1227    * Populate the map of aligned codons by traversing the given sequence
1228    * mapping, locating the aligned positions of mapped codons, and adding those
1229    * positions and their translation products to the map.
1230    * 
1231    * @param dna
1232    *          the aligned sequence we are mapping from
1233    * @param protein
1234    *          the sequence to be aligned to the codons
1235    * @param gapChar
1236    *          the gap character in the dna sequence
1237    * @param seqMap
1238    *          a mapping to a sequence translation
1239    * @param alignedCodons
1240    *          the map we are building up
1241    */
1242   static void addCodonPositions(SequenceI dna, SequenceI protein,
1243           char gapChar, Mapping seqMap,
1244           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons)
1245   {
1246     Iterator<AlignedCodon> codons = seqMap.getCodonIterator(dna, gapChar);
1247
1248     /*
1249      * add codon positions, and their peptide translations, to the alignment
1250      * map, while remembering the first codon mapped
1251      */
1252     while (codons.hasNext())
1253     {
1254       try
1255       {
1256         AlignedCodon codon = codons.next();
1257         addCodonToMap(alignedCodons, codon, protein);
1258       } catch (IncompleteCodonException e)
1259       {
1260         // possible incomplete trailing codon - ignore
1261       } catch (NoSuchElementException e)
1262       {
1263         // possibly peptide lacking STOP
1264       }
1265     }
1266   }
1267
1268   /**
1269    * Helper method to add a codon-to-peptide entry to the aligned codons map
1270    * 
1271    * @param alignedCodons
1272    * @param codon
1273    * @param protein
1274    */
1275   protected static void addCodonToMap(
1276           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1277           AlignedCodon codon, SequenceI protein)
1278   {
1279     Map<SequenceI, AlignedCodon> seqProduct = alignedCodons.get(codon);
1280     if (seqProduct == null)
1281     {
1282       seqProduct = new HashMap<SequenceI, AlignedCodon>();
1283       alignedCodons.put(codon, seqProduct);
1284     }
1285     seqProduct.put(protein, codon);
1286   }
1287
1288   /**
1289    * Returns true if a cDNA/Protein mapping either exists, or could be made,
1290    * between at least one pair of sequences in the two alignments. Currently,
1291    * the logic is:
1292    * <ul>
1293    * <li>One alignment must be nucleotide, and the other protein</li>
1294    * <li>At least one pair of sequences must be already mapped, or mappable</li>
1295    * <li>Mappable means the nucleotide translation matches the protein sequence</li>
1296    * <li>The translation may ignore start and stop codons if present in the
1297    * nucleotide</li>
1298    * </ul>
1299    * 
1300    * @param al1
1301    * @param al2
1302    * @return
1303    */
1304   public static boolean isMappable(AlignmentI al1, AlignmentI al2)
1305   {
1306     if (al1 == null || al2 == null)
1307     {
1308       return false;
1309     }
1310
1311     /*
1312      * Require one nucleotide and one protein
1313      */
1314     if (al1.isNucleotide() == al2.isNucleotide())
1315     {
1316       return false;
1317     }
1318     AlignmentI dna = al1.isNucleotide() ? al1 : al2;
1319     AlignmentI protein = dna == al1 ? al2 : al1;
1320     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1321     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1322     {
1323       for (SequenceI proteinSeq : protein.getSequences())
1324       {
1325         if (isMappable(dnaSeq, proteinSeq, mappings))
1326         {
1327           return true;
1328         }
1329       }
1330     }
1331     return false;
1332   }
1333
1334   /**
1335    * Returns true if the dna sequence is mapped, or could be mapped, to the
1336    * protein sequence.
1337    * 
1338    * @param dnaSeq
1339    * @param proteinSeq
1340    * @param mappings
1341    * @return
1342    */
1343   protected static boolean isMappable(SequenceI dnaSeq,
1344           SequenceI proteinSeq, List<AlignedCodonFrame> mappings)
1345   {
1346     if (dnaSeq == null || proteinSeq == null)
1347     {
1348       return false;
1349     }
1350
1351     SequenceI dnaDs = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq : dnaSeq
1352             .getDatasetSequence();
1353     SequenceI proteinDs = proteinSeq.getDatasetSequence() == null ? proteinSeq
1354             : proteinSeq.getDatasetSequence();
1355
1356     for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1357     {
1358       if (proteinDs == mapping.getAaForDnaSeq(dnaDs))
1359       {
1360         /*
1361          * already mapped
1362          */
1363         return true;
1364       }
1365     }
1366
1367     /*
1368      * Just try to make a mapping (it is not yet stored), test whether
1369      * successful.
1370      */
1371     return mapCdnaToProtein(proteinDs, dnaDs) != null;
1372   }
1373
1374   /**
1375    * Finds any reference annotations associated with the sequences in
1376    * sequenceScope, that are not already added to the alignment, and adds them
1377    * to the 'candidates' map. Also populates a lookup table of annotation
1378    * labels, keyed by calcId, for use in constructing tooltips or the like.
1379    * 
1380    * @param sequenceScope
1381    *          the sequences to scan for reference annotations
1382    * @param labelForCalcId
1383    *          (optional) map to populate with label for calcId
1384    * @param candidates
1385    *          map to populate with annotations for sequence
1386    * @param al
1387    *          the alignment to check for presence of annotations
1388    */
1389   public static void findAddableReferenceAnnotations(
1390           List<SequenceI> sequenceScope,
1391           Map<String, String> labelForCalcId,
1392           final Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> candidates,
1393           AlignmentI al)
1394   {
1395     if (sequenceScope == null)
1396     {
1397       return;
1398     }
1399
1400     /*
1401      * For each sequence in scope, make a list of any annotations on the
1402      * underlying dataset sequence which are not already on the alignment.
1403      * 
1404      * Add to a map of { alignmentSequence, <List of annotations to add> }
1405      */
1406     for (SequenceI seq : sequenceScope)
1407     {
1408       SequenceI dataset = seq.getDatasetSequence();
1409       if (dataset == null)
1410       {
1411         continue;
1412       }
1413       AlignmentAnnotation[] datasetAnnotations = dataset.getAnnotation();
1414       if (datasetAnnotations == null)
1415       {
1416         continue;
1417       }
1418       final List<AlignmentAnnotation> result = new ArrayList<AlignmentAnnotation>();
1419       for (AlignmentAnnotation dsann : datasetAnnotations)
1420       {
1421         /*
1422          * Find matching annotations on the alignment. If none is found, then
1423          * add this annotation to the list of 'addable' annotations for this
1424          * sequence.
1425          */
1426         final Iterable<AlignmentAnnotation> matchedAlignmentAnnotations = al
1427                 .findAnnotations(seq, dsann.getCalcId(), dsann.label);
1428         if (!matchedAlignmentAnnotations.iterator().hasNext())
1429         {
1430           result.add(dsann);
1431           if (labelForCalcId != null)
1432           {
1433             labelForCalcId.put(dsann.getCalcId(), dsann.label);
1434           }
1435         }
1436       }
1437       /*
1438        * Save any addable annotations for this sequence
1439        */
1440       if (!result.isEmpty())
1441       {
1442         candidates.put(seq, result);
1443       }
1444     }
1445   }
1446
1447   /**
1448    * Adds annotations to the top of the alignment annotations, in the same order
1449    * as their related sequences.
1450    * 
1451    * @param annotations
1452    *          the annotations to add
1453    * @param alignment
1454    *          the alignment to add them to
1455    * @param selectionGroup
1456    *          current selection group (or null if none)
1457    */
1458   public static void addReferenceAnnotations(
1459           Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> annotations,
1460           final AlignmentI alignment, final SequenceGroup selectionGroup)
1461   {
1462     for (SequenceI seq : annotations.keySet())
1463     {
1464       for (AlignmentAnnotation ann : annotations.get(seq))
1465       {
1466         AlignmentAnnotation copyAnn = new AlignmentAnnotation(ann);
1467         int startRes = 0;
1468         int endRes = ann.annotations.length;
1469         if (selectionGroup != null)
1470         {
1471           startRes = selectionGroup.getStartRes();
1472           endRes = selectionGroup.getEndRes();
1473         }
1474         copyAnn.restrict(startRes, endRes);
1475
1476         /*
1477          * Add to the sequence (sets copyAnn.datasetSequence), unless the
1478          * original annotation is already on the sequence.
1479          */
1480         if (!seq.hasAnnotation(ann))
1481         {
1482           seq.addAlignmentAnnotation(copyAnn);
1483         }
1484         // adjust for gaps
1485         copyAnn.adjustForAlignment();
1486         // add to the alignment and set visible
1487         alignment.addAnnotation(copyAnn);
1488         copyAnn.visible = true;
1489       }
1490     }
1491   }
1492
1493   /**
1494    * Set visibility of alignment annotations of specified types (labels), for
1495    * specified sequences. This supports controls like
1496    * "Show all secondary structure", "Hide all Temp factor", etc.
1497    * 
1498    * @al the alignment to scan for annotations
1499    * @param types
1500    *          the types (labels) of annotations to be updated
1501    * @param forSequences
1502    *          if not null, only annotations linked to one of these sequences are
1503    *          in scope for update; if null, acts on all sequence annotations
1504    * @param anyType
1505    *          if this flag is true, 'types' is ignored (label not checked)
1506    * @param doShow
1507    *          if true, set visibility on, else set off
1508    */
1509   public static void showOrHideSequenceAnnotations(AlignmentI al,
1510           Collection<String> types, List<SequenceI> forSequences,
1511           boolean anyType, boolean doShow)
1512   {
1513     AlignmentAnnotation[] anns = al.getAlignmentAnnotation();
1514     if (anns != null)
1515     {
1516       for (AlignmentAnnotation aa : anns)
1517       {
1518         if (anyType || types.contains(aa.label))
1519         {
1520           if ((aa.sequenceRef != null)
1521                   && (forSequences == null || forSequences
1522                           .contains(aa.sequenceRef)))
1523           {
1524             aa.visible = doShow;
1525           }
1526         }
1527       }
1528     }
1529   }
1530
1531   /**
1532    * Returns true if either sequence has a cross-reference to the other
1533    * 
1534    * @param seq1
1535    * @param seq2
1536    * @return
1537    */
1538   public static boolean haveCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1539   {
1540     // Note: moved here from class CrossRef as the latter class has dependencies
1541     // not availability to the applet's classpath
1542     return hasCrossRef(seq1, seq2) || hasCrossRef(seq2, seq1);
1543   }
1544
1545   /**
1546    * Returns true if seq1 has a cross-reference to seq2. Currently this assumes
1547    * that sequence name is structured as Source|AccessionId.
1548    * 
1549    * @param seq1
1550    * @param seq2
1551    * @return
1552    */
1553   public static boolean hasCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1554   {
1555     if (seq1 == null || seq2 == null)
1556     {
1557       return false;
1558     }
1559     String name = seq2.getName();
1560     final DBRefEntry[] xrefs = seq1.getDBRefs();
1561     if (xrefs != null)
1562     {
1563       for (DBRefEntry xref : xrefs)
1564       {
1565         String xrefName = xref.getSource() + "|" + xref.getAccessionId();
1566         // case-insensitive test, consistent with DBRefEntry.equalRef()
1567         if (xrefName.equalsIgnoreCase(name))
1568         {
1569           return true;
1570         }
1571       }
1572     }
1573     return false;
1574   }
1575
1576   /**
1577    * Constructs an alignment consisting of the mapped (CDS) regions in the given
1578    * nucleotide sequences, and updates mappings to match. The CDS sequences are
1579    * added to the original alignment's dataset, which is shared by the new
1580    * alignment. Mappings from nucleotide to CDS, and from CDS to protein, are
1581    * added to the alignment dataset.
1582    * 
1583    * @param dna
1584    *          aligned nucleotide (dna or cds) sequences
1585    * @param dataset
1586    *          the alignment dataset the sequences belong to
1587    * @param products
1588    *          (optional) to restrict results to CDS that map to specified
1589    *          protein products
1590    * @return an alignment whose sequences are the cds-only parts of the dna
1591    *         sequences (or null if no mappings are found)
1592    */
1593   public static AlignmentI makeCdsAlignment(SequenceI[] dna,
1594           AlignmentI dataset, SequenceI[] products)
1595   {
1596     if (dataset == null || dataset.getDataset() != null)
1597     {
1598       throw new IllegalArgumentException(
1599               "IMPLEMENTATION ERROR: dataset.getDataset() must be null!");
1600     }
1601     List<SequenceI> foundSeqs = new ArrayList<SequenceI>();
1602     List<SequenceI> cdsSeqs = new ArrayList<SequenceI>();
1603     List<AlignedCodonFrame> mappings = dataset.getCodonFrames();
1604     HashSet<SequenceI> productSeqs = null;
1605     if (products != null)
1606     {
1607       productSeqs = new HashSet<SequenceI>();
1608       for (SequenceI seq : products)
1609       {
1610         productSeqs.add(seq.getDatasetSequence() == null ? seq : seq
1611                 .getDatasetSequence());
1612       }
1613     }
1614
1615     /*
1616      * Construct CDS sequences from mappings on the alignment dataset.
1617      * The logic is:
1618      * - find the protein product(s) mapped to from each dna sequence
1619      * - if the mapping covers the whole dna sequence (give or take start/stop
1620      *   codon), take the dna as the CDS sequence
1621      * - else search dataset mappings for a suitable dna sequence, i.e. one
1622      *   whose whole sequence is mapped to the protein 
1623      * - if no sequence found, construct one from the dna sequence and mapping
1624      *   (and add it to dataset so it is found if this is repeated)
1625      */
1626     for (SequenceI dnaSeq : dna)
1627     {
1628       SequenceI dnaDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1629               : dnaSeq.getDatasetSequence();
1630
1631       List<AlignedCodonFrame> seqMappings = MappingUtils
1632               .findMappingsForSequence(dnaSeq, mappings);
1633       for (AlignedCodonFrame mapping : seqMappings)
1634       {
1635         List<Mapping> mappingsFromSequence = mapping
1636                 .getMappingsFromSequence(dnaSeq);
1637
1638         for (Mapping aMapping : mappingsFromSequence)
1639         {
1640           MapList mapList = aMapping.getMap();
1641           if (mapList.getFromRatio() == 1)
1642           {
1643             /*
1644              * not a dna-to-protein mapping (likely dna-to-cds)
1645              */
1646             continue;
1647           }
1648
1649           /*
1650            * skip if mapping is not to one of the target set of proteins
1651            */
1652           SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1653           if (productSeqs != null && !productSeqs.contains(proteinProduct))
1654           {
1655             continue;
1656           }
1657
1658           /*
1659            * try to locate the CDS from the dataset mappings;
1660            * guard against duplicate results (for the case that protein has
1661            * dbrefs to both dna and cds sequences)
1662            */
1663           SequenceI cdsSeq = findCdsForProtein(mappings, dnaSeq,
1664                   seqMappings, aMapping);
1665           if (cdsSeq != null)
1666           {
1667             if (!foundSeqs.contains(cdsSeq))
1668             {
1669               foundSeqs.add(cdsSeq);
1670               SequenceI derivedSequence = cdsSeq.deriveSequence();
1671               cdsSeqs.add(derivedSequence);
1672               if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeq))
1673               {
1674                 dataset.addSequence(cdsSeq);
1675               }
1676             }
1677             continue;
1678           }
1679
1680           /*
1681            * didn't find mapped CDS sequence - construct it and add
1682            * its dataset sequence to the dataset
1683            */
1684           cdsSeq = makeCdsSequence(dnaSeq.getDatasetSequence(), aMapping);
1685           SequenceI cdsSeqDss = cdsSeq.createDatasetSequence();
1686           cdsSeqs.add(cdsSeq);
1687           if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeqDss))
1688           {
1689             dataset.addSequence(cdsSeqDss);
1690           }
1691
1692           /*
1693            * add a mapping from CDS to the (unchanged) mapped to range
1694            */
1695           List<int[]> cdsRange = Collections.singletonList(new int[] { 1,
1696               cdsSeq.getLength() });
1697           MapList cdsToProteinMap = new MapList(cdsRange, mapList.getToRanges(),
1698                   mapList.getFromRatio(), mapList.getToRatio());
1699           AlignedCodonFrame cdsToProteinMapping = new AlignedCodonFrame();
1700           cdsToProteinMapping.addMap(cdsSeq, proteinProduct, cdsToProteinMap);
1701
1702           /*
1703            * guard against duplicating the mapping if repeating this action
1704            */
1705           if (!mappings.contains(cdsToProteinMapping))
1706           {
1707             mappings.add(cdsToProteinMapping);
1708           }
1709
1710           /*
1711            * add another mapping from original 'from' range to CDS
1712            */
1713           AlignedCodonFrame dnaToCdsMapping = new AlignedCodonFrame();
1714           MapList dnaToCdsMap = new MapList(mapList.getFromRanges(),
1715                   cdsRange, 1,
1716                   1);
1717           dnaToCdsMapping.addMap(dnaSeq.getDatasetSequence(), cdsSeq,
1718                   dnaToCdsMap);
1719           if (!mappings.contains(dnaToCdsMapping))
1720           {
1721             mappings.add(dnaToCdsMapping);
1722           }
1723
1724           /*
1725            * add DBRef with mapping from protein to CDS
1726            * (this enables Get Cross-References from protein alignment)
1727            * This is tricky because we can't have two DBRefs with the
1728            * same source and accession, so need a different accession for
1729            * the CDS from the dna sequence
1730            */
1731           DBRefEntryI dnaRef = dnaDss.getSourceDBRef();
1732           if (dnaRef != null)
1733           {
1734             // assuming cds version same as dna ?!?
1735             DBRefEntry proteinToCdsRef = new DBRefEntry(dnaRef.getSource(),
1736                     dnaRef.getVersion(), cdsSeq.getName());
1737             proteinToCdsRef.setMap(new Mapping(cdsSeqDss, cdsToProteinMap
1738                     .getInverse()));
1739             proteinProduct.addDBRef(proteinToCdsRef);
1740           }
1741
1742           /*
1743            * transfer any features on dna that overlap the CDS
1744            */
1745           transferFeatures(dnaSeq, cdsSeq, cdsToProteinMap, null,
1746                   SequenceOntologyI.CDS);
1747         }
1748       }
1749     }
1750
1751     AlignmentI cds = new Alignment(cdsSeqs.toArray(new SequenceI[cdsSeqs
1752             .size()]));
1753     cds.setDataset(dataset);
1754
1755     return cds;
1756   }
1757
1758   /**
1759    * A helper method that finds a CDS sequence in the alignment dataset that is
1760    * mapped to the given protein sequence, and either is, or has a mapping from,
1761    * the given dna sequence.
1762    * 
1763    * @param mappings
1764    *          set of all mappings on the dataset
1765    * @param dnaSeq
1766    *          a dna (or cds) sequence we are searching from
1767    * @param seqMappings
1768    *          the set of mappings involving dnaSeq
1769    * @param aMapping
1770    *          an initial candidate from seqMappings
1771    * @return
1772    */
1773   static SequenceI findCdsForProtein(List<AlignedCodonFrame> mappings,
1774           SequenceI dnaSeq, List<AlignedCodonFrame> seqMappings,
1775           Mapping aMapping)
1776   {
1777     /*
1778      * TODO a better dna-cds-protein mapping data representation to allow easy
1779      * navigation; until then this clunky looping around lists of mappings
1780      */
1781     SequenceI seqDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1782             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1783     SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1784
1785     /*
1786      * is this mapping from the whole dna sequence (i.e. CDS)?
1787      * allowing for possible stop codon on dna but not peptide
1788      */
1789     int mappedFromLength = MappingUtils.getLength(aMapping.getMap()
1790             .getFromRanges());
1791     int dnaLength = seqDss.getLength();
1792     if (mappedFromLength == dnaLength || mappedFromLength == dnaLength - 3)
1793     {
1794       return seqDss;
1795     }
1796
1797     /*
1798      * looks like we found the dna-to-protein mapping; search for the
1799      * corresponding cds-to-protein mapping
1800      */
1801     List<AlignedCodonFrame> mappingsToPeptide = MappingUtils
1802             .findMappingsForSequence(proteinProduct, mappings);
1803     for (AlignedCodonFrame acf : mappingsToPeptide)
1804     {
1805       for (SequenceToSequenceMapping map : acf.getMappings())
1806       {
1807         Mapping mapping = map.getMapping();
1808         if (mapping != aMapping && mapping.getMap().getFromRatio() == 3
1809                 && proteinProduct == mapping.getTo()
1810                 && seqDss != map.getFromSeq())
1811         {
1812           mappedFromLength = MappingUtils.getLength(mapping.getMap()
1813                   .getFromRanges());
1814           if (mappedFromLength == map.getFromSeq().getLength())
1815           {
1816             /*
1817             * found a 3:1 mapping to the protein product which covers
1818             * the whole dna sequence i.e. is from CDS; finally check it
1819             * is from the dna start sequence
1820             */
1821             SequenceI cdsSeq = map.getFromSeq();
1822             List<AlignedCodonFrame> dnaToCdsMaps = MappingUtils
1823                     .findMappingsForSequence(cdsSeq, seqMappings);
1824             if (!dnaToCdsMaps.isEmpty())
1825             {
1826               return cdsSeq;
1827             }
1828           }
1829         }
1830       }
1831     }
1832     return null;
1833   }
1834
1835   /**
1836    * Helper method that makes a CDS sequence as defined by the mappings from the
1837    * given sequence i.e. extracts the 'mapped from' ranges (which may be on
1838    * forward or reverse strand).
1839    * 
1840    * @param seq
1841    * @param mapping
1842    * @return CDS sequence (as a dataset sequence)
1843    */
1844   static SequenceI makeCdsSequence(SequenceI seq, Mapping mapping)
1845   {
1846     char[] seqChars = seq.getSequence();
1847     List<int[]> fromRanges = mapping.getMap().getFromRanges();
1848     int cdsWidth = MappingUtils.getLength(fromRanges);
1849     char[] newSeqChars = new char[cdsWidth];
1850
1851     int newPos = 0;
1852     for (int[] range : fromRanges)
1853     {
1854       if (range[0] <= range[1])
1855       {
1856         // forward strand mapping - just copy the range
1857         int length = range[1] - range[0] + 1;
1858         System.arraycopy(seqChars, range[0] - 1, newSeqChars, newPos,
1859                 length);
1860         newPos += length;
1861       }
1862       else
1863       {
1864         // reverse strand mapping - copy and complement one by one
1865         for (int i = range[0]; i >= range[1]; i--)
1866         {
1867           newSeqChars[newPos++] = Dna.getComplement(seqChars[i - 1]);
1868         }
1869       }
1870     }
1871     
1872     /*
1873      * assign 'from id' held in the mapping if set (e.g. EMBL protein_id),
1874      * else generate a sequence name
1875      */
1876     String mapFromId = mapping.getMappedFromId();
1877     String seqId = "CDS|" + (mapFromId != null ? mapFromId : seq.getName());
1878     SequenceI newSeq = new Sequence(seqId, newSeqChars, 1, newPos);
1879     // newSeq.setDescription(mapFromId);
1880
1881     propagateDBRefsToCDS(newSeq, seq, mapping);
1882
1883     return newSeq;
1884   }
1885
1886   /**
1887    * add any DBRefEntrys to cdsSeq from contig that have a Mapping congruent to
1888    * the given mapping.
1889    * 
1890    * @param cdsSeq
1891    * @param contig
1892    * @param mapping
1893    * @return list of DBRefEntrys added.
1894    */
1895   public static List<DBRefEntry> propagateDBRefsToCDS(SequenceI cdsSeq,
1896           SequenceI contig, Mapping mapping)
1897   {
1898
1899     // gather direct refs from contig congrent with mapping
1900     List<DBRefEntry> direct = new ArrayList<DBRefEntry>();
1901     if (contig.getDBRefs() != null)
1902     {
1903       for (DBRefEntry dbr : contig.getDBRefs())
1904       {
1905         if (dbr.hasMap() && dbr.getMap().getMap().isTripletMap())
1906         {
1907           MapList map = dbr.getMap().getMap();
1908           // check if map is the CDS mapping
1909           if (mapping.getMap().equals(map))
1910           {
1911             direct.add(dbr);
1912           }
1913         }
1914       }
1915     }
1916
1917     List<DBRefEntry> propagated = new ArrayList<DBRefEntry>();
1918
1919     // and generate appropriate mappings
1920     for (DBRefEntry cdsref : direct)
1921     {
1922       Mapping cdsmap = cdsref.getMap();
1923       MapList cdsposmap = new MapList(Arrays.asList(new int[][] { new int[]
1924       { cdsSeq.getStart(), cdsSeq.getEnd() } }), cdsmap.getMap()
1925               .getToRanges(), 3, 1);
1926
1927       DBRefEntry newref = new DBRefEntry(cdsref.getSource(),
1928               cdsref.getVersion(), cdsref.getAccessionId(), new Mapping(
1929                       cdsmap.getTo(), cdsposmap));
1930       cdsSeq.addDBRef(newref);
1931       propagated.add(newref);
1932     }
1933     return propagated;
1934   }
1935
1936   /**
1937    * Transfers co-located features on 'fromSeq' to 'toSeq', adjusting the
1938    * feature start/end ranges, optionally omitting specified feature types.
1939    * Returns the number of features copied.
1940    * 
1941    * @param fromSeq
1942    * @param toSeq
1943    * @param select
1944    *          if not null, only features of this type are copied (including
1945    *          subtypes in the Sequence Ontology)
1946    * @param mapping
1947    *          the mapping from 'fromSeq' to 'toSeq'
1948    * @param omitting
1949    */
1950   public static int transferFeatures(SequenceI fromSeq, SequenceI toSeq,
1951           MapList mapping, String select, String... omitting)
1952   {
1953     SequenceI copyTo = toSeq;
1954     while (copyTo.getDatasetSequence() != null)
1955     {
1956       copyTo = copyTo.getDatasetSequence();
1957     }
1958
1959     SequenceOntologyI so = SequenceOntologyFactory.getInstance();
1960     int count = 0;
1961     SequenceFeature[] sfs = fromSeq.getSequenceFeatures();
1962     if (sfs != null)
1963     {
1964       for (SequenceFeature sf : sfs)
1965       {
1966         String type = sf.getType();
1967         if (select != null && !so.isA(type, select))
1968         {
1969           continue;
1970         }
1971         boolean omit = false;
1972         for (String toOmit : omitting)
1973         {
1974           if (type.equals(toOmit))
1975           {
1976             omit = true;
1977           }
1978         }
1979         if (omit)
1980         {
1981           continue;
1982         }
1983
1984         /*
1985          * locate the mapped range - null if either start or end is
1986          * not mapped (no partial overlaps are calculated)
1987          */
1988         int start = sf.getBegin();
1989         int end = sf.getEnd();
1990         int[] mappedTo = mapping.locateInTo(start, end);
1991         /*
1992          * if whole exon range doesn't map, try interpreting it
1993          * as 5' or 3' exon overlapping the CDS range
1994          */
1995         if (mappedTo == null)
1996         {
1997           mappedTo = mapping.locateInTo(end, end);
1998           if (mappedTo != null)
1999           {
2000             /*
2001              * end of exon is in CDS range - 5' overlap
2002              * to a range from the start of the peptide
2003              */
2004             mappedTo[0] = 1;
2005           }
2006         }
2007         if (mappedTo == null)
2008         {
2009           mappedTo = mapping.locateInTo(start, start);
2010           if (mappedTo != null)
2011           {
2012             /*
2013              * start of exon is in CDS range - 3' overlap
2014              * to a range up to the end of the peptide
2015              */
2016             mappedTo[1] = toSeq.getLength();
2017           }
2018         }
2019         if (mappedTo != null)
2020         {
2021           SequenceFeature copy = new SequenceFeature(sf);
2022           copy.setBegin(Math.min(mappedTo[0], mappedTo[1]));
2023           copy.setEnd(Math.max(mappedTo[0], mappedTo[1]));
2024           copyTo.addSequenceFeature(copy);
2025           count++;
2026         }
2027       }
2028     }
2029     return count;
2030   }
2031
2032   /**
2033    * Returns a mapping from dna to protein by inspecting sequence features of
2034    * type "CDS" on the dna.
2035    * 
2036    * @param dnaSeq
2037    * @param proteinSeq
2038    * @return
2039    */
2040   public static MapList mapCdsToProtein(SequenceI dnaSeq,
2041           SequenceI proteinSeq)
2042   {
2043     List<int[]> ranges = findCdsPositions(dnaSeq);
2044     int mappedDnaLength = MappingUtils.getLength(ranges);
2045
2046     int proteinLength = proteinSeq.getLength();
2047     int proteinStart = proteinSeq.getStart();
2048     int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
2049
2050     /*
2051      * incomplete start codon may mean X at start of peptide
2052      * we ignore both for mapping purposes
2053      */
2054     if (proteinSeq.getCharAt(0) == 'X')
2055     {
2056       // todo JAL-2022 support startPhase > 0
2057       proteinStart++;
2058       proteinLength--;
2059     }
2060     List<int[]> proteinRange = new ArrayList<int[]>();
2061
2062     /*
2063      * dna length should map to protein (or protein plus stop codon)
2064      */
2065     int codesForResidues = mappedDnaLength / 3;
2066     if (codesForResidues == (proteinLength + 1))
2067     {
2068       // assuming extra codon is for STOP and not in peptide
2069       codesForResidues--;
2070     }
2071     if (codesForResidues == proteinLength)
2072     {
2073       proteinRange.add(new int[] { proteinStart, proteinEnd });
2074       return new MapList(ranges, proteinRange, 3, 1);
2075     }
2076     return null;
2077   }
2078
2079   /**
2080    * Returns a list of CDS ranges found (as sequence positions base 1), i.e. of
2081    * start/end positions of sequence features of type "CDS" (or a sub-type of
2082    * CDS in the Sequence Ontology). The ranges are sorted into ascending start
2083    * position order, so this method is only valid for linear CDS in the same
2084    * sense as the protein product.
2085    * 
2086    * @param dnaSeq
2087    * @return
2088    */
2089   public static List<int[]> findCdsPositions(SequenceI dnaSeq)
2090   {
2091     List<int[]> result = new ArrayList<int[]>();
2092     SequenceFeature[] sfs = dnaSeq.getSequenceFeatures();
2093     if (sfs == null)
2094     {
2095       return result;
2096     }
2097
2098     SequenceOntologyI so = SequenceOntologyFactory.getInstance();
2099     int startPhase = 0;
2100
2101     for (SequenceFeature sf : sfs)
2102     {
2103       /*
2104        * process a CDS feature (or a sub-type of CDS)
2105        */
2106       if (so.isA(sf.getType(), SequenceOntologyI.CDS))
2107       {
2108         int phase = 0;
2109         try
2110         {
2111           phase = Integer.parseInt(sf.getPhase());
2112         } catch (NumberFormatException e)
2113         {
2114           // ignore
2115         }
2116         /*
2117          * phase > 0 on first codon means 5' incomplete - skip to the start
2118          * of the next codon; example ENST00000496384
2119          */
2120         int begin = sf.getBegin();
2121         int end = sf.getEnd();
2122         if (result.isEmpty())
2123         {
2124           begin += phase;
2125           if (begin > end)
2126           {
2127             // shouldn't happen!
2128             System.err
2129                     .println("Error: start phase extends beyond start CDS in "
2130                             + dnaSeq.getName());
2131           }
2132         }
2133         result.add(new int[] { begin, end });
2134       }
2135     }
2136
2137     /*
2138      * remove 'startPhase' positions (usually 0) from the first range 
2139      * so we begin at the start of a complete codon
2140      */
2141     if (!result.isEmpty())
2142     {
2143       // TODO JAL-2022 correctly model start phase > 0
2144       result.get(0)[0] += startPhase;
2145     }
2146
2147     /*
2148      * Finally sort ranges by start position. This avoids a dependency on 
2149      * keeping features in order on the sequence (if they are in order anyway,
2150      * the sort will have almost no work to do). The implicit assumption is CDS
2151      * ranges are assembled in order. Other cases should not use this method,
2152      * but instead construct an explicit mapping for CDS (e.g. EMBL parsing).
2153      */
2154     Collections.sort(result, new Comparator<int[]>()
2155     {
2156       @Override
2157       public int compare(int[] o1, int[] o2)
2158       {
2159         return Integer.compare(o1[0], o2[0]);
2160       }
2161     });
2162     return result;
2163   }
2164
2165   /**
2166    * Maps exon features from dna to protein, and computes variants in peptide
2167    * product generated by variants in dna, and adds them as sequence_variant
2168    * features on the protein sequence. Returns the number of variant features
2169    * added.
2170    * 
2171    * @param dnaSeq
2172    * @param peptide
2173    * @param dnaToProtein
2174    */
2175   public static int computeProteinFeatures(SequenceI dnaSeq,
2176           SequenceI peptide, MapList dnaToProtein)
2177   {
2178     while (dnaSeq.getDatasetSequence() != null)
2179     {
2180       dnaSeq = dnaSeq.getDatasetSequence();
2181     }
2182     while (peptide.getDatasetSequence() != null)
2183     {
2184       peptide = peptide.getDatasetSequence();
2185     }
2186
2187     transferFeatures(dnaSeq, peptide, dnaToProtein, SequenceOntologyI.EXON);
2188
2189     /*
2190      * compute protein variants from dna variants and codon mappings;
2191      * NB - alternatively we could retrieve this using the REST service e.g.
2192      * http://rest.ensembl.org/overlap/translation
2193      * /ENSP00000288602?feature=transcript_variation;content-type=text/xml
2194      * which would be a bit slower but possibly more reliable
2195      */
2196
2197     /*
2198      * build a map with codon variations for each potentially varying peptide
2199      */
2200     LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]> variants = buildDnaVariantsMap(
2201             dnaSeq, dnaToProtein);
2202
2203     /*
2204      * scan codon variations, compute peptide variants and add to peptide sequence
2205      */
2206     int count = 0;
2207     for (Entry<Integer, List<DnaVariant>[]> variant : variants.entrySet())
2208     {
2209       int peptidePos = variant.getKey();
2210       List<DnaVariant>[] codonVariants = variant.getValue();
2211       count += computePeptideVariants(peptide, peptidePos, codonVariants);
2212     }
2213
2214     /*
2215      * sort to get sequence features in start position order
2216      * - would be better to store in Sequence as a TreeSet or NCList?
2217      */
2218     if (peptide.getSequenceFeatures() != null)
2219     {
2220       Arrays.sort(peptide.getSequenceFeatures(),
2221               new Comparator<SequenceFeature>()
2222               {
2223                 @Override
2224                 public int compare(SequenceFeature o1, SequenceFeature o2)
2225                 {
2226                   int c = Integer.compare(o1.getBegin(), o2.getBegin());
2227                   return c == 0 ? Integer.compare(o1.getEnd(), o2.getEnd())
2228                           : c;
2229                 }
2230               });
2231     }
2232     return count;
2233   }
2234
2235   /**
2236    * Computes non-synonymous peptide variants from codon variants and adds them
2237    * as sequence_variant features on the protein sequence (one feature per
2238    * allele variant). Selected attributes (variant id, clinical significance)
2239    * are copied over to the new features.
2240    * 
2241    * @param peptide
2242    *          the protein sequence
2243    * @param peptidePos
2244    *          the position to compute peptide variants for
2245    * @param codonVariants
2246    *          a list of dna variants per codon position
2247    * @return the number of features added
2248    */
2249   static int computePeptideVariants(SequenceI peptide, int peptidePos,
2250           List<DnaVariant>[] codonVariants)
2251   {
2252     String residue = String.valueOf(peptide.getCharAt(peptidePos - 1));
2253     int count = 0;
2254     String base1 = codonVariants[0].get(0).base;
2255     String base2 = codonVariants[1].get(0).base;
2256     String base3 = codonVariants[2].get(0).base;
2257
2258     /*
2259      * variants in first codon base
2260      */
2261     for (DnaVariant var : codonVariants[0])
2262     {
2263       if (var.variant != null)
2264       {
2265         String alleles = (String) var.variant.getValue("alleles");
2266         if (alleles != null)
2267         {
2268           for (String base : alleles.split(","))
2269           {
2270             String codon = base + base2 + base3;
2271             if (addPeptideVariant(peptide, peptidePos, residue, var, codon))
2272             {
2273               count++;
2274             }
2275           }
2276         }
2277       }
2278     }
2279
2280     /*
2281      * variants in second codon base
2282      */
2283     for (DnaVariant var : codonVariants[1])
2284     {
2285       if (var.variant != null)
2286       {
2287         String alleles = (String) var.variant.getValue("alleles");
2288         if (alleles != null)
2289         {
2290           for (String base : alleles.split(","))
2291           {
2292             String codon = base1 + base + base3;
2293             if (addPeptideVariant(peptide, peptidePos, residue, var, codon))
2294             {
2295               count++;
2296             }
2297           }
2298         }
2299       }
2300     }
2301
2302     /*
2303      * variants in third codon base
2304      */
2305     for (DnaVariant var : codonVariants[2])
2306     {
2307       if (var.variant != null)
2308       {
2309         String alleles = (String) var.variant.getValue("alleles");
2310         if (alleles != null)
2311         {
2312           for (String base : alleles.split(","))
2313           {
2314             String codon = base1 + base2 + base;
2315             if (addPeptideVariant(peptide, peptidePos, residue, var, codon))
2316             {
2317               count++;
2318             }
2319           }
2320         }
2321       }
2322     }
2323
2324     return count;
2325   }
2326
2327   /**
2328    * Helper method that adds a peptide variant feature, provided the given codon
2329    * translates to a value different to the current residue (is a non-synonymous
2330    * variant). ID and clinical_significance attributes of the dna variant (if
2331    * present) are copied to the new feature.
2332    * 
2333    * @param peptide
2334    * @param peptidePos
2335    * @param residue
2336    * @param var
2337    * @param codon
2338    * @return true if a feature was added, else false
2339    */
2340   static boolean addPeptideVariant(SequenceI peptide, int peptidePos,
2341           String residue, DnaVariant var, String codon)
2342   {
2343     /*
2344      * get peptide translation of codon e.g. GAT -> D
2345      * note that variants which are not single alleles,
2346      * e.g. multibase variants or HGMD_MUTATION etc
2347      * are currently ignored here
2348      */
2349     String trans = codon.contains("-") ? "-"
2350             : (codon.length() > 3 ? null : ResidueProperties
2351                     .codonTranslate(codon));
2352     if (trans != null && !trans.equals(residue))
2353     {
2354       String residue3Char = StringUtils
2355               .toSentenceCase(ResidueProperties.aa2Triplet.get(residue));
2356       String trans3Char = StringUtils
2357               .toSentenceCase(ResidueProperties.aa2Triplet.get(trans));
2358       String desc = "p." + residue3Char + peptidePos + trans3Char;
2359       // set score to 0f so 'graduated colour' option is offered! JAL-2060
2360       SequenceFeature sf = new SequenceFeature(
2361               SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT, desc, peptidePos,
2362               peptidePos, 0f, "Jalview");
2363       StringBuilder attributes = new StringBuilder(32);
2364       String id = (String) var.variant.getValue(ID);
2365       if (id != null)
2366       {
2367         if (id.startsWith(SEQUENCE_VARIANT))
2368         {
2369           id = id.substring(SEQUENCE_VARIANT.length());
2370         }
2371         sf.setValue(ID, id);
2372         attributes.append(ID).append("=").append(id);
2373         // TODO handle other species variants
2374         StringBuilder link = new StringBuilder(32);
2375         try
2376         {
2377           link.append(desc).append(" ").append(id)
2378                   .append("|http://www.ensembl.org/Homo_sapiens/Variation/Summary?v=")
2379                   .append(URLEncoder.encode(id, "UTF-8"));
2380           sf.addLink(link.toString());
2381         } catch (UnsupportedEncodingException e)
2382         {
2383           // as if
2384         }
2385       }
2386       String clinSig = (String) var.variant
2387               .getValue(CLINICAL_SIGNIFICANCE);
2388       if (clinSig != null)
2389       {
2390         sf.setValue(CLINICAL_SIGNIFICANCE, clinSig);
2391         attributes.append(";").append(CLINICAL_SIGNIFICANCE).append("=")
2392                 .append(clinSig);
2393       }
2394       peptide.addSequenceFeature(sf);
2395       if (attributes.length() > 0)
2396       {
2397         sf.setAttributes(attributes.toString());
2398       }
2399       return true;
2400     }
2401     return false;
2402   }
2403
2404   /**
2405    * Builds a map whose key is position in the protein sequence, and value is a
2406    * list of the base and all variants for each corresponding codon position
2407    * 
2408    * @param dnaSeq
2409    * @param dnaToProtein
2410    * @return
2411    */
2412   static LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]> buildDnaVariantsMap(
2413           SequenceI dnaSeq, MapList dnaToProtein)
2414   {
2415     /*
2416      * map from peptide position to all variants of the codon which codes for it
2417      * LinkedHashMap ensures we keep the peptide features in sequence order
2418      */
2419     LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]> variants = new LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]>();
2420     SequenceOntologyI so = SequenceOntologyFactory.getInstance();
2421
2422     SequenceFeature[] dnaFeatures = dnaSeq.getSequenceFeatures();
2423     if (dnaFeatures == null)
2424     {
2425       return variants;
2426     }
2427
2428     int dnaStart = dnaSeq.getStart();
2429     int[] lastCodon = null;
2430     int lastPeptidePostion = 0;
2431
2432     /*
2433      * build a map of codon variations for peptides
2434      */
2435     for (SequenceFeature sf : dnaFeatures)
2436     {
2437       int dnaCol = sf.getBegin();
2438       if (dnaCol != sf.getEnd())
2439       {
2440         // not handling multi-locus variant features
2441         continue;
2442       }
2443       if (so.isA(sf.getType(), SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT))
2444       {
2445         int[] mapsTo = dnaToProtein.locateInTo(dnaCol, dnaCol);
2446         if (mapsTo == null)
2447         {
2448           // feature doesn't lie within coding region
2449           continue;
2450         }
2451         int peptidePosition = mapsTo[0];
2452         List<DnaVariant>[] codonVariants = variants.get(peptidePosition);
2453         if (codonVariants == null)
2454         {
2455           codonVariants = new ArrayList[3];
2456           codonVariants[0] = new ArrayList<DnaVariant>();
2457           codonVariants[1] = new ArrayList<DnaVariant>();
2458           codonVariants[2] = new ArrayList<DnaVariant>();
2459           variants.put(peptidePosition, codonVariants);
2460         }
2461
2462         /*
2463          * extract dna variants to a string array
2464          */
2465         String alls = (String) sf.getValue("alleles");
2466         if (alls == null)
2467         {
2468           continue;
2469         }
2470         String[] alleles = alls.toUpperCase().split(",");
2471         int i = 0;
2472         for (String allele : alleles)
2473         {
2474           alleles[i++] = allele.trim(); // lose any space characters "A, G"
2475         }
2476
2477         /*
2478          * get this peptide's codon positions e.g. [3, 4, 5] or [4, 7, 10]
2479          */
2480         int[] codon = peptidePosition == lastPeptidePostion ? lastCodon
2481                 : MappingUtils.flattenRanges(dnaToProtein.locateInFrom(
2482                         peptidePosition, peptidePosition));
2483         lastPeptidePostion = peptidePosition;
2484         lastCodon = codon;
2485
2486         /*
2487          * save nucleotide (and any variant) for each codon position
2488          */
2489         for (int codonPos = 0; codonPos < 3; codonPos++)
2490         {
2491           String nucleotide = String.valueOf(
2492                   dnaSeq.getCharAt(codon[codonPos] - dnaStart))
2493                   .toUpperCase();
2494           List<DnaVariant> codonVariant = codonVariants[codonPos];
2495           if (codon[codonPos] == dnaCol)
2496           {
2497             if (!codonVariant.isEmpty()
2498                     && codonVariant.get(0).variant == null)
2499             {
2500               /*
2501                * already recorded base value, add this variant
2502                */
2503               codonVariant.get(0).variant = sf;
2504             }
2505             else
2506             {
2507               /*
2508                * add variant with base value
2509                */
2510               codonVariant.add(new DnaVariant(nucleotide, sf));
2511             }
2512           }
2513           else if (codonVariant.isEmpty())
2514           {
2515             /*
2516              * record (possibly non-varying) base value
2517              */
2518             codonVariant.add(new DnaVariant(nucleotide));
2519           }
2520         }
2521       }
2522     }
2523     return variants;
2524   }
2525
2526   /**
2527    * Makes an alignment with a copy of the given sequences, adding in any
2528    * non-redundant sequences which are mapped to by the cross-referenced
2529    * sequences.
2530    * 
2531    * @param seqs
2532    * @param xrefs
2533    * @param dataset
2534    *          the alignment dataset shared by the new copy
2535    * @return
2536    */
2537   public static AlignmentI makeCopyAlignment(SequenceI[] seqs,
2538           SequenceI[] xrefs, AlignmentI dataset)
2539   {
2540     AlignmentI copy = new Alignment(new Alignment(seqs));
2541     copy.setDataset(dataset);
2542
2543     SequenceIdMatcher matcher = new SequenceIdMatcher(seqs);
2544     if (xrefs != null)
2545     {
2546       for (SequenceI xref : xrefs)
2547       {
2548         DBRefEntry[] dbrefs = xref.getDBRefs();
2549         if (dbrefs != null)
2550         {
2551           for (DBRefEntry dbref : dbrefs)
2552           {
2553             if (dbref.getMap() == null || dbref.getMap().getTo() == null)
2554             {
2555               continue;
2556             }
2557             SequenceI mappedTo = dbref.getMap().getTo();
2558             SequenceI match = matcher.findIdMatch(mappedTo);
2559             if (match == null)
2560             {
2561               matcher.add(mappedTo);
2562               copy.addSequence(mappedTo);
2563             }
2564           }
2565         }
2566       }
2567     }
2568     return copy;
2569   }
2570
2571   /**
2572    * Try to align sequences in 'unaligned' to match the alignment of their
2573    * mapped regions in 'aligned'. For example, could use this to align CDS
2574    * sequences which are mapped to their parent cDNA sequences.
2575    * 
2576    * This method handles 1:1 mappings (dna-to-dna or protein-to-protein). For
2577    * dna-to-protein or protein-to-dna use alternative methods.
2578    * 
2579    * @param unaligned
2580    *          sequences to be aligned
2581    * @param aligned
2582    *          holds aligned sequences and their mappings
2583    * @return
2584    */
2585   public static int alignAs(AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned)
2586   {
2587     /*
2588      * easy case - aligning a copy of aligned sequences
2589      */
2590     if (alignAsSameSequences(unaligned, aligned))
2591     {
2592       return unaligned.getHeight();
2593     }
2594
2595     /*
2596      * fancy case - aligning via mappings between sequences
2597      */
2598     List<SequenceI> unmapped = new ArrayList<SequenceI>();
2599     Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> columnMap = buildMappedColumnsMap(
2600             unaligned, aligned, unmapped);
2601     int width = columnMap.size();
2602     char gap = unaligned.getGapCharacter();
2603     int realignedCount = 0;
2604     // TODO: verify this loop scales sensibly for very wide/high alignments
2605
2606     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2607     {
2608       if (!unmapped.contains(seq))
2609       {
2610         char[] newSeq = new char[width];
2611         Arrays.fill(newSeq, gap); // JBPComment - doubt this is faster than the
2612                                   // Integer iteration below
2613         int newCol = 0;
2614         int lastCol = 0;
2615
2616         /*
2617          * traverse the map to find columns populated
2618          * by our sequence
2619          */
2620         for (Integer column : columnMap.keySet())
2621         {
2622           Character c = columnMap.get(column).get(seq);
2623           if (c != null)
2624           {
2625             /*
2626              * sequence has a character at this position
2627              * 
2628              */
2629             newSeq[newCol] = c;
2630             lastCol = newCol;
2631           }
2632           newCol++;
2633         }
2634         
2635         /*
2636          * trim trailing gaps
2637          */
2638         if (lastCol < width)
2639         {
2640           char[] tmp = new char[lastCol + 1];
2641           System.arraycopy(newSeq, 0, tmp, 0, lastCol + 1);
2642           newSeq = tmp;
2643         }
2644         // TODO: optimise SequenceI to avoid char[]->String->char[]
2645         seq.setSequence(String.valueOf(newSeq));
2646         realignedCount++;
2647       }
2648     }
2649     return realignedCount;
2650   }
2651
2652   /**
2653    * If unaligned and aligned sequences share the same dataset sequences, then
2654    * simply copies the aligned sequences to the unaligned sequences and returns
2655    * true; else returns false
2656    * 
2657    * @param unaligned
2658    *          - sequences to be aligned based on aligned
2659    * @param aligned
2660    *          - 'guide' alignment containing sequences derived from same dataset
2661    *          as unaligned
2662    * @return
2663    */
2664   static boolean alignAsSameSequences(AlignmentI unaligned,
2665           AlignmentI aligned)
2666   {
2667     if (aligned.getDataset() == null || unaligned.getDataset() == null)
2668     {
2669       return false; // should only pass alignments with datasets here
2670     }
2671
2672     // map from dataset sequence to alignment sequence(s)
2673     Map<SequenceI, List<SequenceI>> alignedDatasets = new HashMap<SequenceI, List<SequenceI>>();
2674     for (SequenceI seq : aligned.getSequences())
2675     {
2676       SequenceI ds = seq.getDatasetSequence();
2677       if (alignedDatasets.get(ds) == null)
2678       {
2679         alignedDatasets.put(ds, new ArrayList<SequenceI>());
2680       }
2681       alignedDatasets.get(ds).add(seq);
2682     }
2683
2684     /*
2685      * first pass - check whether all sequences to be aligned share a dataset
2686      * sequence with an aligned sequence
2687      */
2688     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2689     {
2690       if (!alignedDatasets.containsKey(seq.getDatasetSequence()))
2691       {
2692         return false;
2693       }
2694     }
2695
2696     /*
2697      * second pass - copy aligned sequences;
2698      * heuristic rule: pair off sequences in order for the case where 
2699      * more than one shares the same dataset sequence 
2700      */
2701     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2702     {
2703       List<SequenceI> alignedSequences = alignedDatasets.get(seq
2704               .getDatasetSequence());
2705       // TODO: getSequenceAsString() will be deprecated in the future
2706       // TODO: need to leave to SequenceI implementor to update gaps
2707       seq.setSequence(alignedSequences.get(0).getSequenceAsString());
2708       if (alignedSequences.size() > 0)
2709       {
2710         // pop off aligned sequences (except the last one)
2711         alignedSequences.remove(0);
2712       }
2713     }
2714
2715     return true;
2716   }
2717
2718   /**
2719    * Returns a map whose key is alignment column number (base 1), and whose
2720    * values are a map of sequence characters in that column.
2721    * 
2722    * @param unaligned
2723    * @param aligned
2724    * @param unmapped
2725    * @return
2726    */
2727   static Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> buildMappedColumnsMap(
2728           AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned, List<SequenceI> unmapped)
2729   {
2730     /*
2731      * Map will hold, for each aligned column position, a map of
2732      * {unalignedSequence, characterPerSequence} at that position.
2733      * TreeMap keeps the entries in ascending column order. 
2734      */
2735     Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> map = new TreeMap<Integer, Map<SequenceI, Character>>();
2736
2737     /*
2738      * record any sequences that have no mapping so can't be realigned
2739      */
2740     unmapped.addAll(unaligned.getSequences());
2741
2742     List<AlignedCodonFrame> mappings = aligned.getCodonFrames();
2743
2744     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2745     {
2746       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
2747       {
2748         SequenceI fromSeq = mapping.findAlignedSequence(seq, aligned);
2749         if (fromSeq != null)
2750         {
2751           Mapping seqMap = mapping.getMappingBetween(fromSeq, seq);
2752           if (addMappedPositions(seq, fromSeq, seqMap, map))
2753           {
2754             unmapped.remove(seq);
2755           }
2756         }
2757       }
2758     }
2759     return map;
2760   }
2761
2762   /**
2763    * Helper method that adds to a map the mapped column positions of a sequence. <br>
2764    * For example if aaTT-Tg-gAAA is mapped to TTTAAA then the map should record
2765    * that columns 3,4,6,10,11,12 map to characters T,T,T,A,A,A of the mapped to
2766    * sequence.
2767    * 
2768    * @param seq
2769    *          the sequence whose column positions we are recording
2770    * @param fromSeq
2771    *          a sequence that is mapped to the first sequence
2772    * @param seqMap
2773    *          the mapping from 'fromSeq' to 'seq'
2774    * @param map
2775    *          a map to add the column positions (in fromSeq) of the mapped
2776    *          positions of seq
2777    * @return
2778    */
2779   static boolean addMappedPositions(SequenceI seq, SequenceI fromSeq,
2780           Mapping seqMap, Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> map)
2781   {
2782     if (seqMap == null)
2783     {
2784       return false;
2785     }
2786
2787     /*
2788      * invert mapping if it is from unaligned to aligned sequence
2789      */
2790     if (seqMap.getTo() == fromSeq.getDatasetSequence())
2791     {
2792       seqMap = new Mapping(seq.getDatasetSequence(), seqMap.getMap()
2793               .getInverse());
2794     }
2795
2796     char[] fromChars = fromSeq.getSequence();
2797     int toStart = seq.getStart();
2798     char[] toChars = seq.getSequence();
2799
2800     /*
2801      * traverse [start, end, start, end...] ranges in fromSeq
2802      */
2803     for (int[] fromRange : seqMap.getMap().getFromRanges())
2804     {
2805       for (int i = 0; i < fromRange.length - 1; i += 2)
2806       {
2807         boolean forward = fromRange[i + 1] >= fromRange[i];
2808
2809         /*
2810          * find the range mapped to (sequence positions base 1)
2811          */
2812         int[] range = seqMap.locateMappedRange(fromRange[i],
2813                 fromRange[i + 1]);
2814         if (range == null)
2815         {
2816           System.err.println("Error in mapping " + seqMap + " from "
2817                   + fromSeq.getName());
2818           return false;
2819         }
2820         int fromCol = fromSeq.findIndex(fromRange[i]);
2821         int mappedCharPos = range[0];
2822
2823         /*
2824          * walk over the 'from' aligned sequence in forward or reverse
2825          * direction; when a non-gap is found, record the column position
2826          * of the next character of the mapped-to sequence; stop when all
2827          * the characters of the range have been counted
2828          */
2829         while (mappedCharPos <= range[1] && fromCol <= fromChars.length
2830                 && fromCol >= 0)
2831         {
2832           if (!Comparison.isGap(fromChars[fromCol - 1]))
2833           {
2834             /*
2835              * mapped from sequence has a character in this column
2836              * record the column position for the mapped to character
2837              */
2838             Map<SequenceI, Character> seqsMap = map.get(fromCol);
2839             if (seqsMap == null)
2840             {
2841               seqsMap = new HashMap<SequenceI, Character>();
2842               map.put(fromCol, seqsMap);
2843             }
2844             seqsMap.put(seq, toChars[mappedCharPos - toStart]);
2845             mappedCharPos++;
2846           }
2847           fromCol += (forward ? 1 : -1);
2848         }
2849       }
2850     }
2851     return true;
2852   }
2853
2854   // strictly temporary hack until proper criteria for aligning protein to cds
2855   // are in place; this is so Ensembl -> fetch xrefs Uniprot aligns the Uniprot
2856   public static boolean looksLikeEnsembl(AlignmentI alignment)
2857   {
2858     for (SequenceI seq : alignment.getSequences())
2859     {
2860       String name = seq.getName();
2861       if (!name.startsWith("ENSG") && !name.startsWith("ENST"))
2862       {
2863         return false;
2864       }
2865     }
2866     return true;
2867   }
2868 }