JAL-1793 apply URL decoding when saving VCF attribute values (%3D -> =)
[jalview.git] / src / jalview / io / vcf / VCFLoader.java
index c1c84fb..d461811 100644 (file)
@@ -1,23 +1,18 @@
 package jalview.io.vcf;
 
-import htsjdk.samtools.util.CloseableIterator;
-import htsjdk.variant.variantcontext.Allele;
-import htsjdk.variant.variantcontext.VariantContext;
-import htsjdk.variant.vcf.VCFHeader;
-import htsjdk.variant.vcf.VCFHeaderLine;
-import htsjdk.variant.vcf.VCFHeaderLineCount;
-import htsjdk.variant.vcf.VCFInfoHeaderLine;
-
-import jalview.analysis.AlignmentUtils;
 import jalview.analysis.Dna;
 import jalview.api.AlignViewControllerGuiI;
-import jalview.datamodel.AlignmentI;
+import jalview.bin.Cache;
 import jalview.datamodel.DBRefEntry;
 import jalview.datamodel.GeneLociI;
 import jalview.datamodel.Mapping;
 import jalview.datamodel.SequenceFeature;
 import jalview.datamodel.SequenceI;
+import jalview.datamodel.features.FeatureAttributeType;
+import jalview.datamodel.features.FeatureSource;
+import jalview.datamodel.features.FeatureSources;
 import jalview.ext.ensembl.EnsemblMap;
+import jalview.ext.htsjdk.HtsContigDb;
 import jalview.ext.htsjdk.VCFReader;
 import jalview.io.gff.Gff3Helper;
 import jalview.io.gff.SequenceOntologyI;
@@ -25,12 +20,29 @@ import jalview.util.MapList;
 import jalview.util.MappingUtils;
 import jalview.util.MessageManager;
 
+import java.io.File;
 import java.io.IOException;
+import java.io.UnsupportedEncodingException;
+import java.net.URLDecoder;
 import java.util.ArrayList;
 import java.util.HashMap;
 import java.util.List;
 import java.util.Map;
 import java.util.Map.Entry;
+import java.util.regex.Pattern;
+import java.util.regex.PatternSyntaxException;
+
+import htsjdk.samtools.SAMException;
+import htsjdk.samtools.SAMSequenceDictionary;
+import htsjdk.samtools.SAMSequenceRecord;
+import htsjdk.samtools.util.CloseableIterator;
+import htsjdk.variant.variantcontext.Allele;
+import htsjdk.variant.variantcontext.VariantContext;
+import htsjdk.variant.vcf.VCFHeader;
+import htsjdk.variant.vcf.VCFHeaderLine;
+import htsjdk.variant.vcf.VCFHeaderLineCount;
+import htsjdk.variant.vcf.VCFHeaderLineType;
+import htsjdk.variant.vcf.VCFInfoHeaderLine;
 
 /**
  * A class to read VCF data (using the htsjdk) and add variants as sequence
@@ -40,39 +52,83 @@ import java.util.Map.Entry;
  */
 public class VCFLoader
 {
-  /*
-   * keys to fields of VEP CSQ consequence data
-   * see https://www.ensembl.org/info/docs/tools/vep/vep_formats.html
+  private static final String UTF_8 = "UTF-8";
+
+  private static final String DEFAULT_SPECIES = "homo_sapiens";
+
+  /**
+   * A class to model the mapping from sequence to VCF coordinates. Cases include
+   * <ul>
+   * <li>a direct 1:1 mapping where the sequence is one of the VCF contigs</li>
+   * <li>a mapping of sequence to chromosomal coordinates, where sequence and VCF
+   * use the same reference assembly</li>
+   * <li>a modified mapping of sequence to chromosomal coordinates, where sequence
+   * and VCF use different reference assembles</li>
+   * </ul>
    */
-  private static final String ALLELE_KEY = "Allele";
+  class VCFMap
+  {
+    final String chromosome;
+
+    final MapList map;
 
-  private static final String ALLELE_NUM_KEY = "ALLELE_NUM"; // 0 (ref), 1...
-  private static final String FEATURE_KEY = "Feature"; // Ensembl stable id
+    VCFMap(String chr, MapList m)
+    {
+      chromosome = chr;
+      map = m;
+    }
+
+    @Override
+    public String toString()
+    {
+      return chromosome + ":" + map.toString();
+    }
+  }
 
   /*
-   * what comes before column headings in CSQ Description field
+   * Lookup keys, and default values, for Preference entries that describe
+   * patterns for VCF and VEP fields to capture
    */
-  private static final String FORMAT = "Format: ";
+  private static final String VEP_FIELDS_PREF = "VEP_FIELDS";
+
+  private static final String VCF_FIELDS_PREF = "VCF_FIELDS";
+
+  private static final String DEFAULT_VCF_FIELDS = ".*";
+
+  private static final String DEFAULT_VEP_FIELDS = ".*";// "Allele,Consequence,IMPACT,SWISSPROT,SIFT,PolyPhen,CLIN_SIG";
 
   /*
-   * default VCF INFO key for VEP consequence data
-   * NB this can be overridden running VEP with --vcf_info_field
-   * - we don't handle this case (require CSQ identifier)
+   * Lookup keys, and default values, for Preference entries that give
+   * mappings from tokens in the 'reference' header to species or assembly
    */
-  private static final String CSQ = "CSQ";
+  private static final String VCF_ASSEMBLY = "VCF_ASSEMBLY";
+
+  private static final String DEFAULT_VCF_ASSEMBLY = "assembly19=GRCh37,hs37=GRCh37,grch37=GRCh37,grch38=GRCh38";
+
+  private static final String VCF_SPECIES = "VCF_SPECIES"; // default is human
+
+  private static final String DEFAULT_REFERENCE = "grch37"; // fallback default is human GRCh37
 
   /*
-   * separator for fields in consequence data
+   * keys to fields of VEP CSQ consequence data
+   * see https://www.ensembl.org/info/docs/tools/vep/vep_formats.html
    */
-  private static final String PIPE = "|";
+  private static final String CSQ_CONSEQUENCE_KEY = "Consequence";
+  private static final String CSQ_ALLELE_KEY = "Allele";
+  private static final String CSQ_ALLELE_NUM_KEY = "ALLELE_NUM"; // 0 (ref), 1...
+  private static final String CSQ_FEATURE_KEY = "Feature"; // Ensembl stable id
 
-  private static final String PIPE_REGEX = "\\" + PIPE;
+  /*
+   * default VCF INFO key for VEP consequence data
+   * NB this can be overridden running VEP with --vcf_info_field
+   * - we don't handle this case (require identifier to be CSQ)
+   */
+  private static final String CSQ_FIELD = "CSQ";
 
   /*
-   * key for Allele Frequency output by VEP
-   * see http://www.ensembl.org/info/docs/tools/vep/vep_formats.html
+   * separator for fields in consequence data is '|'
    */
-  private static final String ALLELE_FREQUENCY_KEY = "AF";
+  private static final String PIPE_REGEX = "\\|";
 
   /*
    * delimiter that separates multiple consequence data blocks
@@ -91,9 +147,9 @@ public class VCFLoader
   private static final String EXCL = "!";
 
   /*
-   * the alignment we are associating VCF data with
+   * the VCF file we are processing
    */
-  private AlignmentI al;
+  protected String vcfFilePath;
 
   /*
    * mappings between VCF and sequence reference assembly regions, as 
@@ -102,44 +158,90 @@ public class VCFLoader
    */
   private Map<String, Map<int[], int[]>> assemblyMappings;
 
+  private VCFReader reader;
+
   /*
    * holds details of the VCF header lines (metadata)
    */
   private VCFHeader header;
 
   /*
+   * species (as a valid Ensembl term) the VCF is for 
+   */
+  private String vcfSpecies;
+
+  /*
+   * genome assembly version (as a valid Ensembl identifier) the VCF is for 
+   */
+  private String vcfAssembly;
+
+  /*
+   * a Dictionary of contigs (if present) referenced in the VCF file
+   */
+  private SAMSequenceDictionary dictionary;
+
+  /*
    * the position (0...) of field in each block of
    * CSQ (consequence) data (if declared in the VCF INFO header for CSQ)
    * see http://www.ensembl.org/info/docs/tools/vep/vep_formats.html
    */
+  private int csqConsequenceFieldIndex = -1;
   private int csqAlleleFieldIndex = -1;
   private int csqAlleleNumberFieldIndex = -1;
   private int csqFeatureFieldIndex = -1;
 
+  // todo the same fields for SnpEff ANN data if wanted
+  // see http://snpeff.sourceforge.net/SnpEff_manual.html#input
+
+  /*
+   * a unique identifier under which to save metadata about feature
+   * attributes (selected INFO field data)
+   */
+  private String sourceId;
+
+  /*
+   * The INFO IDs of data that is both present in the VCF file, and
+   * also matched by any filters for data of interest
+   */
+  List<String> vcfFieldsOfInterest;
+
+  /*
+   * The field offsets and identifiers for VEP (CSQ) data that is both present
+   * in the VCF file, and also matched by any filters for data of interest
+   * for example 0 -> Allele, 1 -> Consequence, ..., 36 -> SIFT, ...
+   */
+  Map<Integer, String> vepFieldsOfInterest;
+
   /**
-   * Constructor given an alignment context
+   * Constructor given a VCF file
    * 
    * @param alignment
    */
-  public VCFLoader(AlignmentI alignment)
+  public VCFLoader(String vcfFile)
   {
-    al = alignment;
+    try
+    {
+      initialise(vcfFile);
+    } catch (IOException e)
+    {
+      System.err.println("Error opening VCF file: " + e.getMessage());
+    }
 
     // map of species!chromosome!fromAssembly!toAssembly to {fromRange, toRange}
-    assemblyMappings = new HashMap<String, Map<int[], int[]>>();
+    assemblyMappings = new HashMap<>();
   }
 
   /**
-   * Starts a new thread to query and load VCF variant data on to the alignment
+   * Starts a new thread to query and load VCF variant data on to the given
+   * sequences
    * <p>
    * This method is not thread safe - concurrent threads should use separate
    * instances of this class.
    * 
-   * @param filePath
+   * @param seqs
    * @param gui
    */
-  public void loadVCF(final String filePath,
-          final AlignViewControllerGuiI gui)
+  public void loadVCF(SequenceI[] seqs, final AlignViewControllerGuiI gui)
   {
     if (gui != null)
     {
@@ -148,45 +250,70 @@ public class VCFLoader
 
     new Thread()
     {
-
       @Override
       public void run()
       {
-        VCFLoader.this.doLoad(filePath, gui);
+        VCFLoader.this.doLoad(seqs, gui);
       }
-
     }.start();
   }
 
   /**
-   * Loads VCF on to an alignment - provided it can be related to one or more
-   * sequence's chromosomal coordinates
+   * Reads the specified contig sequence and adds its VCF variants to it
    * 
-   * @param filePath
+   * @param contig
+   *          the id of a single sequence (contig) to load
+   * @return
+   */
+  public SequenceI loadVCFContig(String contig)
+  {
+    VCFHeaderLine headerLine = header.getOtherHeaderLine(VCFHeader.REFERENCE_KEY);
+    if (headerLine == null)
+    {
+      Cache.log.error("VCF reference header not found");
+      return null;
+    }
+    String ref = headerLine.getValue();
+    if (ref.startsWith("file://"))
+    {
+      ref = ref.substring(7);
+    }
+    setSpeciesAndAssembly(ref);
+
+    SequenceI seq = null;
+    File dbFile = new File(ref);
+
+    if (dbFile.exists())
+    {
+      HtsContigDb db = new HtsContigDb("", dbFile);
+      seq = db.getSequenceProxy(contig);
+      loadSequenceVCF(seq);
+      db.close();
+    }
+    else
+    {
+      Cache.log.error("VCF reference not found: " + ref);
+    }
+
+    return seq;
+  }
+
+  /**
+   * Loads VCF on to one or more sequences
+   * 
+   * @param seqs
    * @param gui
    *          optional callback handler for messages
    */
-  protected void doLoad(String filePath, AlignViewControllerGuiI gui)
+  protected void doLoad(SequenceI[] seqs, AlignViewControllerGuiI gui)
   {
-    VCFReader reader = null;
     try
     {
-      // long start = System.currentTimeMillis();
-      reader = new VCFReader(filePath);
-
-      header = reader.getFileHeader();
       VCFHeaderLine ref = header
               .getOtherHeaderLine(VCFHeader.REFERENCE_KEY);
+      String reference = ref == null ? null : ref.getValue();
 
-      /*
-       * get offset of CSQ ALLELE_NUM and Feature if declared
-       */
-      locateCsqFields();
-
-      // check if reference is wrt assembly19 (GRCh37)
-      // todo may need to allow user to specify reference assembly?
-      boolean isRefGrch37 = (ref != null && ref.getValue().contains(
-              "assembly19"));
+      setSpeciesAndAssembly(reference);
 
       int varCount = 0;
       int seqCount = 0;
@@ -194,9 +321,9 @@ public class VCFLoader
       /*
        * query for VCF overlapping each sequence in turn
        */
-      for (SequenceI seq : al.getSequences())
+      for (SequenceI seq : seqs)
       {
-        int added = loadSequenceVCF(seq, reader, isRefGrch37);
+        int added = loadSequenceVCF(seq);
         if (added > 0)
         {
           seqCount++;
@@ -206,7 +333,6 @@ public class VCFLoader
       }
       if (gui != null)
       {
-        // long elapsed = System.currentTimeMillis() - start;
         String msg = MessageManager.formatMessage("label.added_vcf",
                 varCount, seqCount);
         gui.setStatus(msg);
@@ -235,32 +361,207 @@ public class VCFLoader
           // ignore
         }
       }
+      header = null;
+      dictionary = null;
     }
   }
 
   /**
-   * Records the position of selected fields defined in the CSQ INFO header (if
-   * there is one). CSQ fields are declared in the CSQ INFO Description e.g.
+   * Attempts to determine and save the species and genome assembly version to
+   * which the VCF data applies. This may be done by parsing the {@code reference}
+   * header line, configured in a property file, or (potentially) confirmed
+   * interactively by the user.
+   * <p>
+   * The saved values should be identifiers valid for Ensembl's REST service
+   * {@code map} endpoint, so they can be used (if necessary) to retrieve the
+   * mapping between VCF coordinates and sequence coordinates.
+   * 
+   * @param reference
+   * @see https://rest.ensembl.org/documentation/info/assembly_map
+   * @see https://rest.ensembl.org/info/assembly/human?content-type=text/xml
+   * @see https://rest.ensembl.org/info/species?content-type=text/xml
+   */
+  protected void setSpeciesAndAssembly(String reference)
+  {
+    if (reference == null)
+    {
+      Cache.log.error("No VCF ##reference found, defaulting to "
+              + DEFAULT_REFERENCE + ":" + DEFAULT_SPECIES);
+      reference = DEFAULT_REFERENCE; // default to GRCh37 if not specified
+    }
+    reference = reference.toLowerCase();
+
+    /*
+     * for a non-human species, or other assembly identifier,
+     * specify as a Jalview property file entry e.g.
+     * VCF_ASSEMBLY = hs37=GRCh37,assembly19=GRCh37
+     * VCF_SPECIES = c_elegans=celegans
+     * to map a token in the reference header to a value
+     */
+    String prop = Cache.getDefault(VCF_ASSEMBLY, DEFAULT_VCF_ASSEMBLY);
+    for (String token : prop.split(","))
+    {
+      String[] tokens = token.split("=");
+      if (tokens.length == 2)
+      {
+        if (reference.contains(tokens[0].trim().toLowerCase()))
+        {
+          vcfAssembly = tokens[1].trim();
+          break;
+        }
+      }
+    }
+
+    vcfSpecies = DEFAULT_SPECIES;
+    prop = Cache.getProperty(VCF_SPECIES);
+    if (prop != null)
+    {
+      for (String token : prop.split(","))
+      {
+        String[] tokens = token.split("=");
+        if (tokens.length == 2)
+        {
+          if (reference.contains(tokens[0].trim().toLowerCase()))
+          {
+            vcfSpecies = tokens[1].trim();
+            break;
+          }
+        }
+      }
+    }
+  }
+
+  /**
+   * Opens the VCF file and parses header data
+   * 
+   * @param filePath
+   * @throws IOException
+   */
+  private void initialise(String filePath) throws IOException
+  {
+    vcfFilePath = filePath;
+
+    reader = new VCFReader(filePath);
+
+    header = reader.getFileHeader();
+
+    try
+    {
+      dictionary = header.getSequenceDictionary();
+    } catch (SAMException e)
+    {
+      // ignore - thrown if any contig line lacks length info
+    }
+
+    sourceId = filePath;
+
+    saveMetadata(sourceId);
+
+    /*
+     * get offset of CSQ ALLELE_NUM and Feature if declared
+     */
+    parseCsqHeader();
+  }
+
+  /**
+   * Reads metadata (such as INFO field descriptions and datatypes) and saves
+   * them for future reference
+   * 
+   * @param theSourceId
+   */
+  void saveMetadata(String theSourceId)
+  {
+    List<Pattern> vcfFieldPatterns = getFieldMatchers(VCF_FIELDS_PREF,
+            DEFAULT_VCF_FIELDS);
+    vcfFieldsOfInterest = new ArrayList<>();
+
+    FeatureSource metadata = new FeatureSource(theSourceId);
+
+    for (VCFInfoHeaderLine info : header.getInfoHeaderLines())
+    {
+      String attributeId = info.getID();
+      String desc = info.getDescription();
+      VCFHeaderLineType type = info.getType();
+      FeatureAttributeType attType = null;
+      switch (type)
+      {
+      case Character:
+        attType = FeatureAttributeType.Character;
+        break;
+      case Flag:
+        attType = FeatureAttributeType.Flag;
+        break;
+      case Float:
+        attType = FeatureAttributeType.Float;
+        break;
+      case Integer:
+        attType = FeatureAttributeType.Integer;
+        break;
+      case String:
+        attType = FeatureAttributeType.String;
+        break;
+      }
+      metadata.setAttributeName(attributeId, desc);
+      metadata.setAttributeType(attributeId, attType);
+
+      if (isFieldWanted(attributeId, vcfFieldPatterns))
+      {
+        vcfFieldsOfInterest.add(attributeId);
+      }
+    }
+
+    FeatureSources.getInstance().addSource(theSourceId, metadata);
+  }
+
+  /**
+   * Answers true if the field id is matched by any of the filter patterns, else
+   * false. Matching is against regular expression patterns, and is not
+   * case-sensitive.
+   * 
+   * @param id
+   * @param filters
+   * @return
+   */
+  private boolean isFieldWanted(String id, List<Pattern> filters)
+  {
+    for (Pattern p : filters)
+    {
+      if (p.matcher(id.toUpperCase()).matches())
+      {
+        return true;
+      }
+    }
+    return false;
+  }
+
+  /**
+   * Records 'wanted' fields defined in the CSQ INFO header (if there is one).
+   * Also records the position of selected fields (Allele, ALLELE_NUM, Feature)
+   * required for processing.
+   * <p>
+   * CSQ fields are declared in the CSQ INFO Description e.g.
    * <p>
    * Description="Consequence ...from ... VEP. Format: Allele|Consequence|...
    */
-  protected void locateCsqFields()
+  protected void parseCsqHeader()
   {
-    VCFInfoHeaderLine csqInfo = header.getInfoHeaderLine(CSQ);
+    List<Pattern> vepFieldFilters = getFieldMatchers(VEP_FIELDS_PREF,
+            DEFAULT_VEP_FIELDS);
+    vepFieldsOfInterest = new HashMap<>();
+
+    VCFInfoHeaderLine csqInfo = header.getInfoHeaderLine(CSQ_FIELD);
     if (csqInfo == null)
     {
       return;
     }
 
+    /*
+     * parse out the pipe-separated list of CSQ fields; we assume here that
+     * these form the last part of the description, and contain no spaces
+     */
     String desc = csqInfo.getDescription();
-    int formatPos = desc.indexOf(FORMAT);
-    if (formatPos == -1)
-    {
-      System.err.println("Parse error, failed to find " + FORMAT
-              + " in " + desc);
-      return;
-    }
-    desc = desc.substring(formatPos + FORMAT.length());
+    int spacePos = desc.lastIndexOf(" ");
+    desc = desc.substring(spacePos + 1);
 
     if (desc != null)
     {
@@ -268,26 +569,69 @@ public class VCFLoader
       int index = 0;
       for (String field : format)
       {
-        if (ALLELE_NUM_KEY.equals(field))
+        if (CSQ_CONSEQUENCE_KEY.equals(field))
+        {
+          csqConsequenceFieldIndex = index;
+        }
+        if (CSQ_ALLELE_NUM_KEY.equals(field))
         {
           csqAlleleNumberFieldIndex = index;
         }
-        if (ALLELE_KEY.equals(field))
+        if (CSQ_ALLELE_KEY.equals(field))
         {
           csqAlleleFieldIndex = index;
         }
-        if (FEATURE_KEY.equals(field))
+        if (CSQ_FEATURE_KEY.equals(field))
         {
           csqFeatureFieldIndex = index;
         }
+
+        if (isFieldWanted(field, vepFieldFilters))
+        {
+          vepFieldsOfInterest.put(index, field);
+        }
+
         index++;
       }
     }
   }
 
   /**
+   * Reads the Preference value for the given key, with default specified if no
+   * preference set. The value is interpreted as a comma-separated list of
+   * regular expressions, and converted into a list of compiled patterns ready
+   * for matching. Patterns are forced to upper-case for non-case-sensitive
+   * matching.
+   * <p>
+   * This supports user-defined filters for fields of interest to capture while
+   * processing data. For example, VCF_FIELDS = AF,AC* would mean that VCF INFO
+   * fields with an ID of AF, or starting with AC, would be matched.
+   * 
+   * @param key
+   * @param def
+   * @return
+   */
+  private List<Pattern> getFieldMatchers(String key, String def)
+  {
+    String pref = Cache.getDefault(key, def);
+    List<Pattern> patterns = new ArrayList<>();
+    String[] tokens = pref.split(",");
+    for (String token : tokens)
+    {
+      try
+      {
+      patterns.add(Pattern.compile(token.toUpperCase()));
+      } catch (PatternSyntaxException e)
+      {
+        System.err.println("Invalid pattern ignored: " + token);
+      }
+    }
+    return patterns;
+  }
+
+  /**
    * Transfers VCF features to sequences to which this sequence has a mapping.
-   * If the mapping is 1:3, computes peptide variants from nucleotide variants.
+   * If the mapping is 3:1, computes peptide variants from nucleotide variants.
    * 
    * @param seq
    */
@@ -313,7 +657,8 @@ public class VCFLoader
         /*
          * dna-to-peptide product mapping
          */
-        AlignmentUtils.computeProteinFeatures(seq, mapTo, map);
+        // JAL-3187 render on the fly instead
+        // AlignmentUtils.computeProteinFeatures(seq, mapTo, map);
       }
       else
       {
@@ -334,158 +679,191 @@ public class VCFLoader
   }
 
   /**
-   * Tries to add overlapping variants read from a VCF file to the given
-   * sequence, and returns the number of variant features added. Note that this
-   * requires the sequence to hold information as to its chromosomal positions
-   * and reference, in order to be able to map the VCF variants to the sequence.
+   * Tries to add overlapping variants read from a VCF file to the given sequence,
+   * and returns the number of variant features added
    * 
    * @param seq
-   * @param reader
-   * @param isVcfRefGrch37
    * @return
    */
-  protected int loadSequenceVCF(SequenceI seq, VCFReader reader,
-          boolean isVcfRefGrch37)
+  protected int loadSequenceVCF(SequenceI seq)
   {
-    int count = 0;
-    GeneLociI seqCoords = seq.getGeneLoci();
-    if (seqCoords == null)
+    VCFMap vcfMap = getVcfMap(seq);
+    if (vcfMap == null)
     {
-      System.out.println(String.format(
-              "Can't query VCF for %s as chromosome coordinates not known",
-              seq.getName()));
       return 0;
     }
 
-    List<int[]> seqChromosomalContigs = seqCoords.getMap().getToRanges();
-    for (int[] range : seqChromosomalContigs)
+    /*
+     * work with the dataset sequence here
+     */
+    SequenceI dss = seq.getDatasetSequence();
+    if (dss == null)
     {
-      count += addVcfVariants(seq, reader, range, isVcfRefGrch37);
+      dss = seq;
     }
-
-    return count;
+    return addVcfVariants(dss, vcfMap);
   }
 
   /**
-   * Queries the VCF reader for any variants that overlap the given chromosome
-   * region of the sequence, and adds as variant features. Returns the number of
-   * overlapping variants found.
+   * Answers a map from sequence coordinates to VCF chromosome ranges
    * 
    * @param seq
-   * @param reader
-   * @param range
-   *          start-end range of a sequence region in its chromosomal
-   *          coordinates
-   * @param isVcfRefGrch37
-   *          true if the VCF is with reference to GRCh37
    * @return
    */
-  protected int addVcfVariants(SequenceI seq, VCFReader reader,
-          int[] range, boolean isVcfRefGrch37)
+  private VCFMap getVcfMap(SequenceI seq)
   {
+    /*
+     * simplest case: sequence has id and length matching a VCF contig
+     */
+    VCFMap vcfMap = null;
+    if (dictionary != null)
+    {
+      vcfMap = getContigMap(seq);
+    }
+    if (vcfMap != null)
+    {
+      return vcfMap;
+    }
+
+    /*
+     * otherwise, map to VCF from chromosomal coordinates 
+     * of the sequence (if known)
+     */
     GeneLociI seqCoords = seq.getGeneLoci();
+    if (seqCoords == null)
+    {
+      Cache.log.warn(String.format(
+              "Can't query VCF for %s as chromosome coordinates not known",
+              seq.getName()));
+      return null;
+    }
 
+    String species = seqCoords.getSpeciesId();
     String chromosome = seqCoords.getChromosomeId();
     String seqRef = seqCoords.getAssemblyId();
-    String species = seqCoords.getSpeciesId();
+    MapList map = seqCoords.getMapping();
 
-    /*
-     * map chromosomal coordinates from GRCh38 (sequence) to
-     * GRCh37 (VCF) if necessary
-     */
-    // TODO generalise for other assemblies and species
-    int offset = 0;
-    String fromRef = "GRCh38";
-    if (fromRef.equalsIgnoreCase(seqRef) && isVcfRefGrch37)
-    {
-      String toRef = "GRCh37";
-      int[] newRange = mapReferenceRange(range, chromosome, "human",
-              fromRef, toRef);
-      if (newRange == null)
-      {
-        System.err.println(String.format(
-                "Failed to map %s:%s:%s:%d:%d to %s", species, chromosome,
-                fromRef, range[0], range[1], toRef));
-        return 0;
-      }
-      offset = newRange[0] - range[0];
-      range = newRange;
+    // note this requires the configured species to match that
+    // returned with the Ensembl sequence; todo: support aliases?
+    if (!vcfSpecies.equalsIgnoreCase(species))
+    {
+      Cache.log.warn("No VCF loaded to " + seq.getName()
+              + " as species not matched");
+      return null;
     }
 
-    boolean forwardStrand = range[0] <= range[1];
+    if (seqRef.equalsIgnoreCase(vcfAssembly))
+    {
+      return new VCFMap(chromosome, map);
+    }
 
     /*
-     * query the VCF for overlaps
-     * (convert a reverse strand range to forwards)
+     * VCF data has a different reference assembly to the sequence:
+     * query Ensembl to map chromosomal coordinates from sequence to VCF
      */
-    int count = 0;
-    MapList mapping = seqCoords.getMap();
+    List<int[]> toVcfRanges = new ArrayList<>();
+    List<int[]> fromSequenceRanges = new ArrayList<>();
 
-    int fromLocus = Math.min(range[0], range[1]);
-    int toLocus = Math.max(range[0], range[1]);
-    CloseableIterator<VariantContext> variants = reader.query(chromosome,
-            fromLocus, toLocus);
-    while (variants.hasNext())
+    for (int[] range : map.getToRanges())
     {
-      /*
-       * get variant location in sequence chromosomal coordinates
-       */
-      VariantContext variant = variants.next();
-
-      /*
-       * we can only process SNP variants (which can be reported
-       * as part of a MIXED variant record
-       */
-      if (!variant.isSNP() && !variant.isMixed())
+      int[] fromRange = map.locateInFrom(range[0], range[1]);
+      if (fromRange == null)
       {
-        // continue;
+        // corrupted map?!?
+        continue;
       }
 
-      int start = variant.getStart() - offset;
-      int end = variant.getEnd() - offset;
-
-      /*
-       * convert chromosomal location to sequence coordinates
-       * - null if a partially overlapping feature
-       */
-      int[] seqLocation = mapping.locateInFrom(start, end);
-      if (seqLocation != null)
+      int[] newRange = mapReferenceRange(range, chromosome, "human", seqRef,
+              vcfAssembly);
+      if (newRange == null)
+      {
+        Cache.log.error(
+                String.format("Failed to map %s:%s:%s:%d:%d to %s", species,
+                        chromosome, seqRef, range[0], range[1],
+                        vcfAssembly));
+        continue;
+      }
+      else
       {
-        count += addAlleleFeatures(seq, variant, seqLocation[0],
-                seqLocation[1], forwardStrand);
+        toVcfRanges.add(newRange);
+        fromSequenceRanges.add(fromRange);
       }
     }
 
-    variants.close();
-
-    return count;
+    return new VCFMap(chromosome,
+            new MapList(fromSequenceRanges, toVcfRanges, 1, 1));
   }
 
   /**
-   * A convenience method to get the AF value for the given alternate allele
-   * index
+   * If the sequence id matches a contig declared in the VCF file, and the
+   * sequence length matches the contig length, then returns a 1:1 map of the
+   * sequence to the contig, else returns null
    * 
-   * @param variant
-   * @param alleleIndex
+   * @param seq
    * @return
    */
-  protected float getAlleleFrequency(VariantContext variant, int alleleIndex)
+  private VCFMap getContigMap(SequenceI seq)
   {
-    float score = 0f;
-    String attributeValue = getAttributeValue(variant,
-            ALLELE_FREQUENCY_KEY, alleleIndex);
-    if (attributeValue != null)
+    String id = seq.getName();
+    SAMSequenceRecord contig = dictionary.getSequence(id);
+    if (contig != null)
     {
-      try
+      int len = seq.getLength();
+      if (len == contig.getSequenceLength())
       {
-        score = Float.parseFloat(attributeValue);
-      } catch (NumberFormatException e)
+        MapList map = new MapList(new int[] { 1, len },
+                new int[]
+                { 1, len }, 1, 1);
+        return new VCFMap(id, map);
+      }
+    }
+    return null;
+  }
+
+  /**
+   * Queries the VCF reader for any variants that overlap the mapped chromosome
+   * ranges of the sequence, and adds as variant features. Returns the number of
+   * overlapping variants found.
+   * 
+   * @param seq
+   * @param map
+   *          mapping from sequence to VCF coordinates
+   * @return
+   */
+  protected int addVcfVariants(SequenceI seq, VCFMap map)
+  {
+    boolean forwardStrand = map.map.isToForwardStrand();
+
+    /*
+     * query the VCF for overlaps of each contiguous chromosomal region
+     */
+    int count = 0;
+
+    for (int[] range : map.map.getToRanges())
+    {
+      int vcfStart = Math.min(range[0], range[1]);
+      int vcfEnd = Math.max(range[0], range[1]);
+      CloseableIterator<VariantContext> variants = reader
+              .query(map.chromosome, vcfStart, vcfEnd);
+      while (variants.hasNext())
       {
-        // leave as 0
+        VariantContext variant = variants.next();
+
+        int[] featureRange = map.map.locateInFrom(variant.getStart(),
+                variant.getEnd());
+
+        if (featureRange != null)
+        {
+          int featureStart = Math.min(featureRange[0], featureRange[1]);
+          int featureEnd = Math.max(featureRange[0], featureRange[1]);
+          count += addAlleleFeatures(seq, variant, featureStart, featureEnd,
+                  forwardStrand);
+        }
       }
+      variants.close();
     }
 
-    return score;
+    return count;
   }
 
   /**
@@ -544,9 +922,9 @@ public class VCFLoader
 
   /**
    * Inspects one allele and attempts to add a variant feature for it to the
-   * sequence. We extract as much as possible of the additional data associated
-   * with this allele to store in the feature's key-value map. Answers the
-   * number of features added (0 or 1).
+   * sequence. The additional data associated with this allele is extracted to
+   * store in the feature's key-value map. Answers the number of features added (0
+   * or 1).
    * 
    * @param seq
    * @param variant
@@ -564,34 +942,57 @@ public class VCFLoader
     String reference = variant.getReference().getBaseString();
     Allele alt = variant.getAlternateAllele(altAlleleIndex);
     String allele = alt.getBaseString();
-    if (allele.length() != 1)
+
+    /*
+     * insertion after a genomic base, if on reverse strand, has to be 
+     * converted to insertion of complement after the preceding position 
+     */
+    int referenceLength = reference.length();
+    if (!forwardStrand && allele.length() > referenceLength
+            && allele.startsWith(reference))
     {
-      /*
-       * not a SNP variant
-       */
-      // return 0;
+      featureStart -= referenceLength;
+      featureEnd = featureStart;
+      char insertAfter = seq.getCharAt(featureStart - seq.getStart());
+      reference = Dna.reverseComplement(String.valueOf(insertAfter));
+      allele = allele.substring(referenceLength) + reference;
     }
 
     /*
      * build the ref,alt allele description e.g. "G,A", using the base
      * complement if the sequence is on the reverse strand
      */
-    // TODO check how structural variants are shown on reverse strand
     StringBuilder sb = new StringBuilder();
     sb.append(forwardStrand ? reference : Dna.reverseComplement(reference));
     sb.append(COMMA);
     sb.append(forwardStrand ? allele : Dna.reverseComplement(allele));
     String alleles = sb.toString(); // e.g. G,A
 
+    /*
+     * pick out the consequence data (if any) that is for the current allele
+     * and feature (transcript) that matches the current sequence
+     */
+    String consequence = getConsequenceForAlleleAndFeature(variant, CSQ_FIELD,
+            altAlleleIndex, csqAlleleFieldIndex,
+            csqAlleleNumberFieldIndex, seq.getName().toLowerCase(),
+            csqFeatureFieldIndex);
+
+    /*
+     * pick out the ontology term for the consequence type
+     */
     String type = SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT;
-    float score = getAlleleFrequency(variant, altAlleleIndex);
+    if (consequence != null)
+    {
+      type = getOntologyTerm(consequence);
+    }
 
     SequenceFeature sf = new SequenceFeature(type, alleles, featureStart,
-            featureEnd, score, FEATURE_GROUP_VCF);
+            featureEnd, FEATURE_GROUP_VCF);
+    sf.setSource(sourceId);
 
     sf.setValue(Gff3Helper.ALLELES, alleles);
 
-    addAlleleProperties(variant, seq, sf, altAlleleIndex);
+    addAlleleProperties(variant, sf, altAlleleIndex, consequence);
 
     seq.addSequenceFeature(sf);
 
@@ -599,16 +1000,173 @@ public class VCFLoader
   }
 
   /**
+   * Determines the Sequence Ontology term to use for the variant feature type in
+   * Jalview. The default is 'sequence_variant', but a more specific term is used
+   * if:
+   * <ul>
+   * <li>VEP (or SnpEff) Consequence annotation is included in the VCF</li>
+   * <li>sequence id can be matched to VEP Feature (or SnpEff Feature_ID)</li>
+   * </ul>
+   * 
+   * @param consequence
+   * @return
+   * @see http://www.sequenceontology.org/browser/current_svn/term/SO:0001060
+   */
+  String getOntologyTerm(String consequence)
+  {
+    String type = SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT;
+
+    /*
+     * could we associate Consequence data with this allele and feature (transcript)?
+     * if so, prefer the consequence term from that data
+     */
+    if (csqAlleleFieldIndex == -1) // && snpEffAlleleFieldIndex == -1
+    {
+      /*
+       * no Consequence data so we can't refine the ontology term
+       */
+      return type;
+    }
+
+    if (consequence != null)
+    {
+      String[] csqFields = consequence.split(PIPE_REGEX);
+      if (csqFields.length > csqConsequenceFieldIndex)
+      {
+        type = csqFields[csqConsequenceFieldIndex];
+      }
+    }
+    else
+    {
+      // todo the same for SnpEff consequence data matching if wanted
+    }
+
+    /*
+     * if of the form (e.g.) missense_variant&splice_region_variant,
+     * just take the first ('most severe') consequence
+     */
+    if (type != null)
+    {
+      int pos = type.indexOf('&');
+      if (pos > 0)
+      {
+        type = type.substring(0, pos);
+      }
+    }
+    return type;
+  }
+
+  /**
+   * Returns matched consequence data if it can be found, else null.
+   * <ul>
+   * <li>inspects the VCF data for key 'vcfInfoId'</li>
+   * <li>splits this on comma (to distinct consequences)</li>
+   * <li>returns the first consequence (if any) where</li>
+   * <ul>
+   * <li>the allele matches the altAlleleIndex'th allele of variant</li>
+   * <li>the feature matches the sequence name (e.g. transcript id)</li>
+   * </ul>
+   * </ul>
+   * If matched, the consequence is returned (as pipe-delimited fields).
+   * 
+   * @param variant
+   * @param vcfInfoId
+   * @param altAlleleIndex
+   * @param alleleFieldIndex
+   * @param alleleNumberFieldIndex
+   * @param seqName
+   * @param featureFieldIndex
+   * @return
+   */
+  private String getConsequenceForAlleleAndFeature(VariantContext variant,
+          String vcfInfoId, int altAlleleIndex, int alleleFieldIndex,
+          int alleleNumberFieldIndex,
+          String seqName, int featureFieldIndex)
+  {
+    if (alleleFieldIndex == -1 || featureFieldIndex == -1)
+    {
+      return null;
+    }
+    Object value = variant.getAttribute(vcfInfoId);
+
+    if (value == null || !(value instanceof List<?>))
+    {
+      return null;
+    }
+
+    /*
+     * inspect each consequence in turn (comma-separated blocks
+     * extracted by htsjdk)
+     */
+    List<String> consequences = (List<String>) value;
+
+    for (String consequence : consequences)
+    {
+      String[] csqFields = consequence.split(PIPE_REGEX);
+      if (csqFields.length > featureFieldIndex)
+      {
+        String featureIdentifier = csqFields[featureFieldIndex];
+        if (featureIdentifier.length() > 4
+                && seqName.indexOf(featureIdentifier.toLowerCase()) > -1)
+        {
+          /*
+           * feature (transcript) matched - now check for allele match
+           */
+          if (matchAllele(variant, altAlleleIndex, csqFields,
+                  alleleFieldIndex, alleleNumberFieldIndex))
+          {
+            return consequence;
+          }
+        }
+      }
+    }
+    return null;
+  }
+
+  private boolean matchAllele(VariantContext variant, int altAlleleIndex,
+          String[] csqFields, int alleleFieldIndex,
+          int alleleNumberFieldIndex)
+  {
+    /*
+     * if ALLELE_NUM is present, it must match altAlleleIndex
+     * NB first alternate allele is 1 for ALLELE_NUM, 0 for altAlleleIndex
+     */
+    if (alleleNumberFieldIndex > -1)
+    {
+      if (csqFields.length <= alleleNumberFieldIndex)
+      {
+        return false;
+      }
+      String alleleNum = csqFields[alleleNumberFieldIndex];
+      return String.valueOf(altAlleleIndex + 1).equals(alleleNum);
+    }
+
+    /*
+     * else consequence allele must match variant allele
+     */
+    if (alleleFieldIndex > -1 && csqFields.length > alleleFieldIndex)
+    {
+      String csqAllele = csqFields[alleleFieldIndex];
+      String vcfAllele = variant.getAlternateAllele(altAlleleIndex)
+              .getBaseString();
+      return csqAllele.equals(vcfAllele);
+    }
+    return false;
+  }
+
+  /**
    * Add any allele-specific VCF key-value data to the sequence feature
    * 
    * @param variant
-   * @param seq
    * @param sf
    * @param altAlelleIndex
    *          (0, 1..)
+   * @param consequence
+   *          if not null, the consequence specific to this sequence (transcript
+   *          feature) and allele
    */
-  protected void addAlleleProperties(VariantContext variant, SequenceI seq,
-          SequenceFeature sf, final int altAlelleIndex)
+  protected void addAlleleProperties(VariantContext variant,
+          SequenceFeature sf, final int altAlelleIndex, String consequence)
   {
     Map<String, Object> atts = variant.getAttributes();
 
@@ -620,9 +1178,17 @@ public class VCFLoader
        * extract Consequence data (if present) that we are able to
        * associated with the allele for this variant feature
        */
-      if (CSQ.equals(key))
+      if (CSQ_FIELD.equals(key))
+      {
+        addConsequences(variant, sf, consequence);
+        continue;
+      }
+
+      /*
+       * filter out fields we don't want to capture
+       */
+      if (!vcfFieldsOfInterest.contains(key))
       {
-        addConsequences(variant, seq, sf, altAlelleIndex);
         continue;
       }
 
@@ -665,6 +1231,16 @@ public class VCFLoader
       String value = getAttributeValue(variant, key, index);
       if (value != null)
       {
+        /*
+         * VCF spec requires encoding of special characters e.g. '='
+         * so decode them here before storing
+         */
+        try
+        {
+          value = URLDecoder.decode(value, UTF_8);
+        } catch (UnsupportedEncodingException e)
+        {
+        }
         sf.setValue(key, value);
       }
     }
@@ -672,30 +1248,22 @@ public class VCFLoader
 
   /**
    * Inspects CSQ data blocks (consequences) and adds attributes on the sequence
-   * feature for the current allele (and transcript if applicable)
+   * feature.
    * <p>
-   * Allele matching: if field ALLELE_NUM is present, it must match
-   * altAlleleIndex. If not present, then field Allele value must match the VCF
-   * Allele.
-   * <p>
-   * Transcript matching: if sequence name can be identified to at least one of
-   * the consequences' Feature values, then select only consequences that match
-   * the value (i.e. consequences for the current transcript sequence). If not,
-   * take all consequences (this is the case when adding features to the gene
-   * sequence).
+   * If <code>myConsequence</code> is not null, then this is the specific
+   * consequence data (pipe-delimited fields) that is for the current allele and
+   * transcript (sequence) being processed)
    * 
    * @param variant
-   * @param seq
    * @param sf
-   * @param altAlelleIndex
-   *          (0, 1..)
+   * @param myConsequence
    */
-  protected void addConsequences(VariantContext variant, SequenceI seq,
-          SequenceFeature sf, int altAlelleIndex)
+  protected void addConsequences(VariantContext variant, SequenceFeature sf,
+          String myConsequence)
   {
-    Object value = variant.getAttribute(CSQ);
+    Object value = variant.getAttribute(CSQ_FIELD);
 
-    if (value == null || !(value instanceof ArrayList<?>))
+    if (value == null || !(value instanceof List<?>))
     {
       return;
     }
@@ -703,118 +1271,51 @@ public class VCFLoader
     List<String> consequences = (List<String>) value;
 
     /*
-     * if CSQ data includes 'Feature', and any value matches the sequence name,
-     * then restrict consequence data to only the matching value (transcript)
-     * i.e. just pick out consequences for the transcript the variant feature is on
+     * inspect CSQ consequences; restrict to the consequence
+     * associated with the current transcript (Feature)
      */
-    String seqName = seq.getName()== null ? "" : seq.getName().toLowerCase();
-    String matchFeature = null;
-    if (csqFeatureFieldIndex > -1)
+    Map<String, String> csqValues = new HashMap<>();
+
+    for (String consequence : consequences)
     {
-      for (String consequence : consequences)
+      if (myConsequence == null || myConsequence.equals(consequence))
       {
         String[] csqFields = consequence.split(PIPE_REGEX);
-        if (csqFields.length > csqFeatureFieldIndex)
+
+        /*
+         * inspect individual fields of this consequence, copying non-null
+         * values which are 'fields of interest'
+         */
+        int i = 0;
+        for (String field : csqFields)
         {
-          String featureIdentifier = csqFields[csqFeatureFieldIndex];
-          if (featureIdentifier.length() > 4
-                  && seqName.indexOf(featureIdentifier.toLowerCase()) > -1)
+          if (field != null && field.length() > 0)
           {
-            matchFeature = featureIdentifier;
+            String id = vepFieldsOfInterest.get(i);
+            if (id != null)
+            {
+              /*
+               * VCF spec requires encoding of special characters e.g. '='
+               * so decode them here before storing
+               */
+              try
+              {
+                field = URLDecoder.decode(field, UTF_8);
+              } catch (UnsupportedEncodingException e)
+              {
+              }
+              csqValues.put(id, field);
+            }
           }
+          i++;
         }
       }
     }
 
-    StringBuilder sb = new StringBuilder(128);
-    boolean found = false;
-
-    for (String consequence : consequences)
-    {
-      String[] csqFields = consequence.split(PIPE_REGEX);
-
-      if (includeConsequence(csqFields, matchFeature, variant,
-              altAlelleIndex))
-      {
-        if (found)
-        {
-          sb.append(COMMA);
-        }
-        found = true;
-        sb.append(consequence);
-      }
-    }
-
-    if (found)
-    {
-      sf.setValue(CSQ, sb.toString());
-    }
-  }
-
-  /**
-   * Answers true if we want to associate this block of consequence data with
-   * the specified alternate allele of the VCF variant.
-   * <p>
-   * If consequence data includes the ALLELE_NUM field, then this has to match
-   * altAlleleIndex. Otherwise the Allele field of the consequence data has to
-   * match the allele value.
-   * <p>
-   * Optionally (if matchFeature is not null), restrict to only include
-   * consequences whose Feature value matches. This allows us to attach
-   * consequences to their respective transcripts.
-   * 
-   * @param csqFields
-   * @param matchFeature
-   * @param variant
-   * @param altAlelleIndex
-   *          (0, 1..)
-   * @return
-   */
-  protected boolean includeConsequence(String[] csqFields,
-          String matchFeature, VariantContext variant, int altAlelleIndex)
-  {
-    /*
-     * check consequence is for the current transcript
-     */
-    if (matchFeature != null)
-    {
-      if (csqFields.length <= csqFeatureFieldIndex)
-      {
-        return false;
-      }
-      String featureIdentifier = csqFields[csqFeatureFieldIndex];
-      if (!featureIdentifier.equals(matchFeature))
-      {
-        return false; // consequence is for a different transcript
-      }
-    }
-
-    /*
-     * if ALLELE_NUM is present, it must match altAlleleIndex
-     * NB first alternate allele is 1 for ALLELE_NUM, 0 for altAlleleIndex
-     */
-    if (csqAlleleNumberFieldIndex > -1)
-    {
-      if (csqFields.length <= csqAlleleNumberFieldIndex)
-      {
-        return false;
-      }
-      String alleleNum = csqFields[csqAlleleNumberFieldIndex];
-      return String.valueOf(altAlelleIndex + 1).equals(alleleNum);
-    }
-
-    /*
-     * else consequence allele must match variant allele
-     */
-    if (csqAlleleFieldIndex > -1 && csqFields.length > csqAlleleFieldIndex)
+    if (!csqValues.isEmpty())
     {
-      String csqAllele = csqFields[csqAlleleFieldIndex];
-      String vcfAllele = variant.getAlternateAllele(altAlelleIndex)
-              .getBaseString();
-      return csqAllele.equals(vcfAllele);
+      sf.setValue(CSQ_FIELD, csqValues);
     }
-
-    return false;
   }
 
   /**
@@ -868,8 +1369,8 @@ public class VCFLoader
      * call (e.g.) http://rest.ensembl.org/map/human/GRCh38/17:45051610..45109016:1/GRCh37
      */
     EnsemblMap mapper = new EnsemblMap();
-    int[] mapping = mapper.getMapping(species, chromosome, fromRef, toRef,
-            queryRange);
+    int[] mapping = mapper.getAssemblyMapping(species, chromosome, fromRef,
+            toRef, queryRange);
 
     if (mapping == null)
     {