Merge commit 'alpha/update_2_12_for_2_11_2_series_merge^2' into HEAD
[jalview.git] / src / jalview / analysis / AlignmentUtils.java
1 /*
2  * Jalview - A Sequence Alignment Editor and Viewer ($$Version-Rel$$)
3  * Copyright (C) $$Year-Rel$$ The Jalview Authors
4  * 
5  * This file is part of Jalview.
6  * 
7  * Jalview is free software: you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU General Public License 
9  * as published by the Free Software Foundation, either version 3
10  * of the License, or (at your option) any later version.
11  *  
12  * Jalview is distributed in the hope that it will be useful, but 
13  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty 
14  * of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR 
15  * PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
16  * 
17  * You should have received a copy of the GNU General Public License
18  * along with Jalview.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19  * The Jalview Authors are detailed in the 'AUTHORS' file.
20  */
21 package jalview.analysis;
22
23 import java.util.Locale;
24
25 import jalview.commands.RemoveGapColCommand;
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.GeneLociI;
34 import jalview.datamodel.IncompleteCodonException;
35 import jalview.datamodel.Mapping;
36 import jalview.datamodel.Sequence;
37 import jalview.datamodel.SequenceFeature;
38 import jalview.datamodel.SequenceGroup;
39 import jalview.datamodel.SequenceI;
40 import jalview.datamodel.features.SequenceFeatures;
41 import jalview.io.gff.SequenceOntologyI;
42 import jalview.schemes.ResidueProperties;
43 import jalview.util.Comparison;
44 import jalview.util.DBRefUtils;
45 import jalview.util.IntRangeComparator;
46 import jalview.util.MapList;
47 import jalview.util.MappingUtils;
48
49 import java.util.ArrayList;
50 import java.util.Arrays;
51 import java.util.Collection;
52 import java.util.Collections;
53 import java.util.HashMap;
54 import java.util.HashSet;
55 import java.util.Iterator;
56 import java.util.LinkedHashMap;
57 import java.util.List;
58 import java.util.Map;
59 import java.util.Map.Entry;
60 import java.util.NoSuchElementException;
61 import java.util.Set;
62 import java.util.SortedMap;
63 import java.util.TreeMap;
64
65 /**
66  * grab bag of useful alignment manipulation operations Expect these to be
67  * refactored elsewhere at some point.
68  * 
69  * @author jimp
70  * 
71  */
72 public class AlignmentUtils
73 {
74   private static final int CODON_LENGTH = 3;
75
76   private static final String SEQUENCE_VARIANT = "sequence_variant:";
77
78   /*
79    * the 'id' attribute is provided for variant features fetched from
80    * Ensembl using its REST service with JSON format 
81    */
82   public static final String VARIANT_ID = "id";
83
84   /**
85    * A data model to hold the 'normal' base value at a position, and an optional
86    * sequence variant feature
87    */
88   static final class DnaVariant
89   {
90     final String base;
91
92     SequenceFeature variant;
93
94     DnaVariant(String nuc)
95     {
96       base = nuc;
97       variant = null;
98     }
99
100     DnaVariant(String nuc, SequenceFeature var)
101     {
102       base = nuc;
103       variant = var;
104     }
105
106     public String getSource()
107     {
108       return variant == null ? null : variant.getFeatureGroup();
109     }
110
111     /**
112      * toString for aid in the debugger only
113      */
114     @Override
115     public String toString()
116     {
117       return base + ":" + (variant == null ? "" : variant.getDescription());
118     }
119   }
120
121   /**
122    * given an existing alignment, create a new alignment including all, or up to
123    * flankSize additional symbols from each sequence's dataset sequence
124    * 
125    * @param core
126    * @param flankSize
127    * @return AlignmentI
128    */
129   public static AlignmentI expandContext(AlignmentI core, int flankSize)
130   {
131     List<SequenceI> sq = new ArrayList<>();
132     int maxoffset = 0;
133     for (SequenceI s : core.getSequences())
134     {
135       SequenceI newSeq = s.deriveSequence();
136       final int newSeqStart = newSeq.getStart() - 1;
137       if (newSeqStart > maxoffset
138               && newSeq.getDatasetSequence().getStart() < s.getStart())
139       {
140         maxoffset = newSeqStart;
141       }
142       sq.add(newSeq);
143     }
144     if (flankSize > -1)
145     {
146       maxoffset = Math.min(maxoffset, flankSize);
147     }
148
149     /*
150      * now add offset left and right to create an expanded alignment
151      */
152     for (SequenceI s : sq)
153     {
154       SequenceI ds = s;
155       while (ds.getDatasetSequence() != null)
156       {
157         ds = ds.getDatasetSequence();
158       }
159       int s_end = s.findPosition(s.getStart() + s.getLength());
160       // find available flanking residues for sequence
161       int ustream_ds = s.getStart() - ds.getStart();
162       int dstream_ds = ds.getEnd() - s_end;
163
164       // build new flanked sequence
165
166       // compute gap padding to start of flanking sequence
167       int offset = maxoffset - ustream_ds;
168
169       // padding is gapChar x ( maxoffset - min(ustream_ds, flank)
170       if (flankSize >= 0)
171       {
172         if (flankSize < ustream_ds)
173         {
174           // take up to flankSize residues
175           offset = maxoffset - flankSize;
176           ustream_ds = flankSize;
177         }
178         if (flankSize <= dstream_ds)
179         {
180           dstream_ds = flankSize - 1;
181         }
182       }
183       // TODO use Character.toLowerCase to avoid creating String objects?
184       char[] upstream = new String(ds
185               .getSequence(s.getStart() - 1 - ustream_ds, s.getStart() - 1))
186                       .toLowerCase(Locale.ROOT).toCharArray();
187       char[] downstream = new String(
188               ds.getSequence(s_end - 1, s_end + dstream_ds)).toLowerCase(Locale.ROOT)
189                       .toCharArray();
190       char[] coreseq = s.getSequence();
191       char[] nseq = new char[offset + upstream.length + downstream.length
192               + coreseq.length];
193       char c = core.getGapCharacter();
194
195       int p = 0;
196       for (; p < offset; p++)
197       {
198         nseq[p] = c;
199       }
200
201       System.arraycopy(upstream, 0, nseq, p, upstream.length);
202       System.arraycopy(coreseq, 0, nseq, p + upstream.length,
203               coreseq.length);
204       System.arraycopy(downstream, 0, nseq,
205               p + coreseq.length + upstream.length, downstream.length);
206       s.setSequence(new String(nseq));
207       s.setStart(s.getStart() - ustream_ds);
208       s.setEnd(s_end + downstream.length);
209     }
210     AlignmentI newAl = new jalview.datamodel.Alignment(
211             sq.toArray(new SequenceI[0]));
212     for (SequenceI s : sq)
213     {
214       if (s.getAnnotation() != null)
215       {
216         for (AlignmentAnnotation aa : s.getAnnotation())
217         {
218           aa.adjustForAlignment(); // JAL-1712 fix
219           newAl.addAnnotation(aa);
220         }
221       }
222     }
223     newAl.setDataset(core.getDataset());
224     return newAl;
225   }
226
227   /**
228    * Returns the index (zero-based position) of a sequence in an alignment, or
229    * -1 if not found.
230    * 
231    * @param al
232    * @param seq
233    * @return
234    */
235   public static int getSequenceIndex(AlignmentI al, SequenceI seq)
236   {
237     int result = -1;
238     int pos = 0;
239     for (SequenceI alSeq : al.getSequences())
240     {
241       if (alSeq == seq)
242       {
243         result = pos;
244         break;
245       }
246       pos++;
247     }
248     return result;
249   }
250
251   /**
252    * Returns a map of lists of sequences in the alignment, keyed by sequence
253    * name. For use in mapping between different alignment views of the same
254    * sequences.
255    * 
256    * @see jalview.datamodel.AlignmentI#getSequencesByName()
257    */
258   public static Map<String, List<SequenceI>> getSequencesByName(
259           AlignmentI al)
260   {
261     Map<String, List<SequenceI>> theMap = new LinkedHashMap<>();
262     for (SequenceI seq : al.getSequences())
263     {
264       String name = seq.getName();
265       if (name != null)
266       {
267         List<SequenceI> seqs = theMap.get(name);
268         if (seqs == null)
269         {
270           seqs = new ArrayList<>();
271           theMap.put(name, seqs);
272         }
273         seqs.add(seq);
274       }
275     }
276     return theMap;
277   }
278
279   /**
280    * Build mapping of protein to cDNA alignment. Mappings are made between
281    * sequences where the cDNA translates to the protein sequence. Any new
282    * mappings are added to the protein alignment. Returns true if any mappings
283    * either already exist or were added, else false.
284    * 
285    * @param proteinAlignment
286    * @param cdnaAlignment
287    * @return
288    */
289   public static boolean mapProteinAlignmentToCdna(
290           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment)
291   {
292     if (proteinAlignment == null || cdnaAlignment == null)
293     {
294       return false;
295     }
296
297     Set<SequenceI> mappedDna = new HashSet<>();
298     Set<SequenceI> mappedProtein = new HashSet<>();
299
300     /*
301      * First pass - map sequences where cross-references exist. This include
302      * 1-to-many mappings to support, for example, variant cDNA.
303      */
304     boolean mappingPerformed = mapProteinToCdna(proteinAlignment,
305             cdnaAlignment, mappedDna, mappedProtein, true);
306
307     /*
308      * Second pass - map sequences where no cross-references exist. This only
309      * does 1-to-1 mappings and assumes corresponding sequences are in the same
310      * order in the alignments.
311      */
312     mappingPerformed |= mapProteinToCdna(proteinAlignment, cdnaAlignment,
313             mappedDna, mappedProtein, false);
314     return mappingPerformed;
315   }
316
317   /**
318    * Make mappings between compatible sequences (where the cDNA translation
319    * matches the protein).
320    * 
321    * @param proteinAlignment
322    * @param cdnaAlignment
323    * @param mappedDna
324    *          a set of mapped DNA sequences (to add to)
325    * @param mappedProtein
326    *          a set of mapped Protein sequences (to add to)
327    * @param xrefsOnly
328    *          if true, only map sequences where xrefs exist
329    * @return
330    */
331   protected static boolean mapProteinToCdna(
332           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment,
333           Set<SequenceI> mappedDna, Set<SequenceI> mappedProtein,
334           boolean xrefsOnly)
335   {
336     boolean mappingExistsOrAdded = false;
337     List<SequenceI> thisSeqs = proteinAlignment.getSequences();
338     for (SequenceI aaSeq : thisSeqs)
339     {
340       boolean proteinMapped = false;
341       AlignedCodonFrame acf = new AlignedCodonFrame();
342
343       for (SequenceI cdnaSeq : cdnaAlignment.getSequences())
344       {
345         /*
346          * Always try to map if sequences have xref to each other; this supports
347          * variant cDNA or alternative splicing for a protein sequence.
348          * 
349          * If no xrefs, try to map progressively, assuming that alignments have
350          * mappable sequences in corresponding order. These are not
351          * many-to-many, as that would risk mixing species with similar cDNA
352          * sequences.
353          */
354         if (xrefsOnly && !AlignmentUtils.haveCrossRef(aaSeq, cdnaSeq))
355         {
356           continue;
357         }
358
359         /*
360          * Don't map non-xrefd sequences more than once each. This heuristic
361          * allows us to pair up similar sequences in ordered alignments.
362          */
363         if (!xrefsOnly && (mappedProtein.contains(aaSeq)
364                 || mappedDna.contains(cdnaSeq)))
365         {
366           continue;
367         }
368         if (mappingExists(proteinAlignment.getCodonFrames(),
369                 aaSeq.getDatasetSequence(), cdnaSeq.getDatasetSequence()))
370         {
371           mappingExistsOrAdded = true;
372         }
373         else
374         {
375           MapList map = mapCdnaToProtein(aaSeq, cdnaSeq);
376           if (map != null)
377           {
378             acf.addMap(cdnaSeq, aaSeq, map);
379             mappingExistsOrAdded = true;
380             proteinMapped = true;
381             mappedDna.add(cdnaSeq);
382             mappedProtein.add(aaSeq);
383           }
384         }
385       }
386       if (proteinMapped)
387       {
388         proteinAlignment.addCodonFrame(acf);
389       }
390     }
391     return mappingExistsOrAdded;
392   }
393
394   /**
395    * Answers true if the mappings include one between the given (dataset)
396    * sequences.
397    */
398   protected static boolean mappingExists(List<AlignedCodonFrame> mappings,
399           SequenceI aaSeq, SequenceI cdnaSeq)
400   {
401     if (mappings != null)
402     {
403       for (AlignedCodonFrame acf : mappings)
404       {
405         if (cdnaSeq == acf.getDnaForAaSeq(aaSeq))
406         {
407           return true;
408         }
409       }
410     }
411     return false;
412   }
413
414   /**
415    * Builds a mapping (if possible) of a cDNA to a protein sequence.
416    * <ul>
417    * <li>first checks if the cdna translates exactly to the protein
418    * sequence</li>
419    * <li>else checks for translation after removing a STOP codon</li>
420    * <li>else checks for translation after removing a START codon</li>
421    * <li>if that fails, inspect CDS features on the cDNA sequence</li>
422    * </ul>
423    * Returns null if no mapping is determined.
424    * 
425    * @param proteinSeq
426    *          the aligned protein sequence
427    * @param cdnaSeq
428    *          the aligned cdna sequence
429    * @return
430    */
431   public static MapList mapCdnaToProtein(SequenceI proteinSeq,
432           SequenceI cdnaSeq)
433   {
434     /*
435      * Here we handle either dataset sequence set (desktop) or absent (applet).
436      * Use only the char[] form of the sequence to avoid creating possibly large
437      * String objects.
438      */
439     final SequenceI proteinDataset = proteinSeq.getDatasetSequence();
440     char[] aaSeqChars = proteinDataset != null
441             ? proteinDataset.getSequence()
442             : proteinSeq.getSequence();
443     final SequenceI cdnaDataset = cdnaSeq.getDatasetSequence();
444     char[] cdnaSeqChars = cdnaDataset != null ? cdnaDataset.getSequence()
445             : cdnaSeq.getSequence();
446     if (aaSeqChars == null || cdnaSeqChars == null)
447     {
448       return null;
449     }
450
451     /*
452      * cdnaStart/End, proteinStartEnd are base 1 (for dataset sequence mapping)
453      */
454     final int mappedLength = CODON_LENGTH * aaSeqChars.length;
455     int cdnaLength = cdnaSeqChars.length;
456     int cdnaStart = cdnaSeq.getStart();
457     int cdnaEnd = cdnaSeq.getEnd();
458     final int proteinStart = proteinSeq.getStart();
459     final int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
460
461     /*
462      * If lengths don't match, try ignoring stop codon (if present)
463      */
464     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2)
465     {
466       String lastCodon = String.valueOf(cdnaSeqChars,
467               cdnaLength - CODON_LENGTH, CODON_LENGTH).toUpperCase(Locale.ROOT);
468       for (String stop : ResidueProperties.STOP_CODONS)
469       {
470         if (lastCodon.equals(stop))
471         {
472           cdnaEnd -= CODON_LENGTH;
473           cdnaLength -= CODON_LENGTH;
474           break;
475         }
476       }
477     }
478
479     /*
480      * If lengths still don't match, try ignoring start codon.
481      */
482     int startOffset = 0;
483     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2
484             && String.valueOf(cdnaSeqChars, 0, CODON_LENGTH).toUpperCase(Locale.ROOT)
485                     .equals(ResidueProperties.START))
486     {
487       startOffset += CODON_LENGTH;
488       cdnaStart += CODON_LENGTH;
489       cdnaLength -= CODON_LENGTH;
490     }
491
492     if (translatesAs(cdnaSeqChars, startOffset, aaSeqChars))
493     {
494       /*
495        * protein is translation of dna (+/- start/stop codons)
496        */
497       MapList map = new MapList(new int[] { cdnaStart, cdnaEnd },
498               new int[]
499               { proteinStart, proteinEnd }, CODON_LENGTH, 1);
500       return map;
501     }
502
503     /*
504      * translation failed - try mapping CDS annotated regions of dna
505      */
506     return mapCdsToProtein(cdnaSeq, proteinSeq);
507   }
508
509   /**
510    * Test whether the given cdna sequence, starting at the given offset,
511    * translates to the given amino acid sequence, using the standard translation
512    * table. Designed to fail fast i.e. as soon as a mismatch position is found.
513    * 
514    * @param cdnaSeqChars
515    * @param cdnaStart
516    * @param aaSeqChars
517    * @return
518    */
519   protected static boolean translatesAs(char[] cdnaSeqChars, int cdnaStart,
520           char[] aaSeqChars)
521   {
522     if (cdnaSeqChars == null || aaSeqChars == null)
523     {
524       return false;
525     }
526
527     int aaPos = 0;
528     int dnaPos = cdnaStart;
529     for (; dnaPos < cdnaSeqChars.length - 2
530             && aaPos < aaSeqChars.length; dnaPos += CODON_LENGTH, aaPos++)
531     {
532       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
533       final String translated = ResidueProperties.codonTranslate(codon);
534
535       /*
536        * allow * in protein to match untranslatable in dna
537        */
538       final char aaRes = aaSeqChars[aaPos];
539       if ((translated == null || ResidueProperties.STOP.equals(translated))
540               && aaRes == '*')
541       {
542         continue;
543       }
544       if (translated == null || !(aaRes == translated.charAt(0)))
545       {
546         // debug
547         // System.out.println(("Mismatch at " + i + "/" + aaResidue + ": "
548         // + codon + "(" + translated + ") != " + aaRes));
549         return false;
550       }
551     }
552
553     /*
554      * check we matched all of the protein sequence
555      */
556     if (aaPos != aaSeqChars.length)
557     {
558       return false;
559     }
560
561     /*
562      * check we matched all of the dna except
563      * for optional trailing STOP codon
564      */
565     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length)
566     {
567       return true;
568     }
569     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length - CODON_LENGTH)
570     {
571       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
572       if (ResidueProperties.STOP
573               .equals(ResidueProperties.codonTranslate(codon)))
574       {
575         return true;
576       }
577     }
578     return false;
579   }
580
581   /**
582    * Align sequence 'seq' to match the alignment of a mapped sequence. Note this
583    * currently assumes that we are aligning cDNA to match protein.
584    * 
585    * @param seq
586    *          the sequence to be realigned
587    * @param al
588    *          the alignment whose sequence alignment is to be 'copied'
589    * @param gap
590    *          character string represent a gap in the realigned sequence
591    * @param preserveUnmappedGaps
592    * @param preserveMappedGaps
593    * @return true if the sequence was realigned, false if it could not be
594    */
595   public static boolean alignSequenceAs(SequenceI seq, AlignmentI al,
596           String gap, boolean preserveMappedGaps,
597           boolean preserveUnmappedGaps)
598   {
599     /*
600      * Get any mappings from the source alignment to the target (dataset)
601      * sequence.
602      */
603     // TODO there may be one AlignedCodonFrame per dataset sequence, or one with
604     // all mappings. Would it help to constrain this?
605     List<AlignedCodonFrame> mappings = al.getCodonFrame(seq);
606     if (mappings == null || mappings.isEmpty())
607     {
608       return false;
609     }
610
611     /*
612      * Locate the aligned source sequence whose dataset sequence is mapped. We
613      * just take the first match here (as we can't align like more than one
614      * sequence).
615      */
616     SequenceI alignFrom = null;
617     AlignedCodonFrame mapping = null;
618     for (AlignedCodonFrame mp : mappings)
619     {
620       alignFrom = mp.findAlignedSequence(seq, al);
621       if (alignFrom != null)
622       {
623         mapping = mp;
624         break;
625       }
626     }
627
628     if (alignFrom == null)
629     {
630       return false;
631     }
632     alignSequenceAs(seq, alignFrom, mapping, gap, al.getGapCharacter(),
633             preserveMappedGaps, preserveUnmappedGaps);
634     return true;
635   }
636
637   /**
638    * Align sequence 'alignTo' the same way as 'alignFrom', using the mapping to
639    * match residues and codons. Flags control whether existing gaps in unmapped
640    * (intron) and mapped (exon) regions are preserved or not. Gaps between
641    * intron and exon are only retained if both flags are set.
642    * 
643    * @param alignTo
644    * @param alignFrom
645    * @param mapping
646    * @param myGap
647    * @param sourceGap
648    * @param preserveUnmappedGaps
649    * @param preserveMappedGaps
650    */
651   public static void alignSequenceAs(SequenceI alignTo, SequenceI alignFrom,
652           AlignedCodonFrame mapping, String myGap, char sourceGap,
653           boolean preserveMappedGaps, boolean preserveUnmappedGaps)
654   {
655     // TODO generalise to work for Protein-Protein, dna-dna, dna-protein
656
657     // aligned and dataset sequence positions, all base zero
658     int thisSeqPos = 0;
659     int sourceDsPos = 0;
660
661     int basesWritten = 0;
662     char myGapChar = myGap.charAt(0);
663     int ratio = myGap.length();
664
665     int fromOffset = alignFrom.getStart() - 1;
666     int toOffset = alignTo.getStart() - 1;
667     int sourceGapMappedLength = 0;
668     boolean inExon = false;
669     final int toLength = alignTo.getLength();
670     final int fromLength = alignFrom.getLength();
671     StringBuilder thisAligned = new StringBuilder(2 * toLength);
672
673     /*
674      * Traverse the 'model' aligned sequence
675      */
676     for (int i = 0; i < fromLength; i++)
677     {
678       char sourceChar = alignFrom.getCharAt(i);
679       if (sourceChar == sourceGap)
680       {
681         sourceGapMappedLength += ratio;
682         continue;
683       }
684
685       /*
686        * Found a non-gap character. Locate its mapped region if any.
687        */
688       sourceDsPos++;
689       // Note mapping positions are base 1, our sequence positions base 0
690       int[] mappedPos = mapping.getMappedRegion(alignTo, alignFrom,
691               sourceDsPos + fromOffset);
692       if (mappedPos == null)
693       {
694         /*
695          * unmapped position; treat like a gap
696          */
697         sourceGapMappedLength += ratio;
698         // System.err.println("Can't align: no codon mapping to residue "
699         // + sourceDsPos + "(" + sourceChar + ")");
700         // return;
701         continue;
702       }
703
704       int mappedCodonStart = mappedPos[0]; // position (1...) of codon start
705       int mappedCodonEnd = mappedPos[mappedPos.length - 1]; // codon end pos
706       StringBuilder trailingCopiedGap = new StringBuilder();
707
708       /*
709        * Copy dna sequence up to and including this codon. Optionally, include
710        * gaps before the codon starts (in introns) and/or after the codon starts
711        * (in exons).
712        * 
713        * Note this only works for 'linear' splicing, not reverse or interleaved.
714        * But then 'align dna as protein' doesn't make much sense otherwise.
715        */
716       int intronLength = 0;
717       while (basesWritten + toOffset < mappedCodonEnd
718               && thisSeqPos < toLength)
719       {
720         final char c = alignTo.getCharAt(thisSeqPos++);
721         if (c != myGapChar)
722         {
723           basesWritten++;
724           int sourcePosition = basesWritten + toOffset;
725           if (sourcePosition < mappedCodonStart)
726           {
727             /*
728              * Found an unmapped (intron) base. First add in any preceding gaps
729              * (if wanted).
730              */
731             if (preserveUnmappedGaps && trailingCopiedGap.length() > 0)
732             {
733               thisAligned.append(trailingCopiedGap.toString());
734               intronLength += trailingCopiedGap.length();
735               trailingCopiedGap = new StringBuilder();
736             }
737             intronLength++;
738             inExon = false;
739           }
740           else
741           {
742             final boolean startOfCodon = sourcePosition == mappedCodonStart;
743             int gapsToAdd = calculateGapsToInsert(preserveMappedGaps,
744                     preserveUnmappedGaps, sourceGapMappedLength, inExon,
745                     trailingCopiedGap.length(), intronLength, startOfCodon);
746             for (int k = 0; k < gapsToAdd; k++)
747             {
748               thisAligned.append(myGapChar);
749             }
750             sourceGapMappedLength = 0;
751             inExon = true;
752           }
753           thisAligned.append(c);
754           trailingCopiedGap = new StringBuilder();
755         }
756         else
757         {
758           if (inExon && preserveMappedGaps)
759           {
760             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
761           }
762           else if (!inExon && preserveUnmappedGaps)
763           {
764             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
765           }
766         }
767       }
768     }
769
770     /*
771      * At end of model aligned sequence. Copy any remaining target sequence, optionally
772      * including (intron) gaps.
773      */
774     while (thisSeqPos < toLength)
775     {
776       final char c = alignTo.getCharAt(thisSeqPos++);
777       if (c != myGapChar || preserveUnmappedGaps)
778       {
779         thisAligned.append(c);
780       }
781       sourceGapMappedLength--;
782     }
783
784     /*
785      * finally add gaps to pad for any trailing source gaps or
786      * unmapped characters
787      */
788     if (preserveUnmappedGaps)
789     {
790       while (sourceGapMappedLength > 0)
791       {
792         thisAligned.append(myGapChar);
793         sourceGapMappedLength--;
794       }
795     }
796
797     /*
798      * All done aligning, set the aligned sequence.
799      */
800     alignTo.setSequence(new String(thisAligned));
801   }
802
803   /**
804    * Helper method to work out how many gaps to insert when realigning.
805    * 
806    * @param preserveMappedGaps
807    * @param preserveUnmappedGaps
808    * @param sourceGapMappedLength
809    * @param inExon
810    * @param trailingCopiedGap
811    * @param intronLength
812    * @param startOfCodon
813    * @return
814    */
815   protected static int calculateGapsToInsert(boolean preserveMappedGaps,
816           boolean preserveUnmappedGaps, int sourceGapMappedLength,
817           boolean inExon, int trailingGapLength, int intronLength,
818           final boolean startOfCodon)
819   {
820     int gapsToAdd = 0;
821     if (startOfCodon)
822     {
823       /*
824        * Reached start of codon. Ignore trailing gaps in intron unless we are
825        * preserving gaps in both exon and intron. Ignore them anyway if the
826        * protein alignment introduces a gap at least as large as the intronic
827        * region.
828        */
829       if (inExon && !preserveMappedGaps)
830       {
831         trailingGapLength = 0;
832       }
833       if (!inExon && !(preserveMappedGaps && preserveUnmappedGaps))
834       {
835         trailingGapLength = 0;
836       }
837       if (inExon)
838       {
839         gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
840       }
841       else
842       {
843         if (intronLength + trailingGapLength <= sourceGapMappedLength)
844         {
845           gapsToAdd = sourceGapMappedLength - intronLength;
846         }
847         else
848         {
849           gapsToAdd = Math.min(
850                   intronLength + trailingGapLength - sourceGapMappedLength,
851                   trailingGapLength);
852         }
853       }
854     }
855     else
856     {
857       /*
858        * second or third base of codon; check for any gaps in dna
859        */
860       if (!preserveMappedGaps)
861       {
862         trailingGapLength = 0;
863       }
864       gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
865     }
866     return gapsToAdd;
867   }
868
869   /**
870    * Realigns the given protein to match the alignment of the dna, using codon
871    * mappings to translate aligned codon positions to protein residues.
872    * 
873    * @param protein
874    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
875    * @param dna
876    *          the dna alignment whose alignment we are 'copying'
877    * @return the number of sequences that were realigned
878    */
879   public static int alignProteinAsDna(AlignmentI protein, AlignmentI dna)
880   {
881     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
882     {
883       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
884       return 0;
885     }
886     List<SequenceI> unmappedProtein = new ArrayList<>();
887     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = buildCodonColumnsMap(
888             protein, dna, unmappedProtein);
889     return alignProteinAs(protein, alignedCodons, unmappedProtein);
890   }
891
892   /**
893    * Realigns the given dna to match the alignment of the protein, using codon
894    * mappings to translate aligned peptide positions to codons.
895    * 
896    * Always produces a padded CDS alignment.
897    * 
898    * @param dna
899    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
900    * @param protein
901    *          the protein alignment whose alignment we are 'copying'
902    * @return the number of sequences that were realigned
903    */
904   public static int alignCdsAsProtein(AlignmentI dna, AlignmentI protein)
905   {
906     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
907     {
908       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
909       return 0;
910     }
911     // todo: implement this
912     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
913     int alignedCount = 0;
914     int width = 0; // alignment width for padding CDS
915     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
916     {
917       if (alignCdsSequenceAsProtein(dnaSeq, protein, mappings,
918               dna.getGapCharacter()))
919       {
920         alignedCount++;
921       }
922       width = Math.max(dnaSeq.getLength(), width);
923     }
924     int oldwidth;
925     int diff;
926     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
927     {
928       oldwidth = dnaSeq.getLength();
929       diff = width - oldwidth;
930       if (diff > 0)
931       {
932         dnaSeq.insertCharAt(oldwidth, diff, dna.getGapCharacter());
933       }
934     }
935     return alignedCount;
936   }
937
938   /**
939    * Helper method to align (if possible) the dna sequence to match the
940    * alignment of a mapped protein sequence. This is currently limited to
941    * handling coding sequence only.
942    * 
943    * @param cdsSeq
944    * @param protein
945    * @param mappings
946    * @param gapChar
947    * @return
948    */
949   static boolean alignCdsSequenceAsProtein(SequenceI cdsSeq,
950           AlignmentI protein, List<AlignedCodonFrame> mappings,
951           char gapChar)
952   {
953     SequenceI cdsDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
954     if (cdsDss == null)
955     {
956       System.err
957               .println("alignCdsSequenceAsProtein needs aligned sequence!");
958       return false;
959     }
960
961     List<AlignedCodonFrame> dnaMappings = MappingUtils
962             .findMappingsForSequence(cdsSeq, mappings);
963     for (AlignedCodonFrame mapping : dnaMappings)
964     {
965       SequenceI peptide = mapping.findAlignedSequence(cdsSeq, protein);
966       if (peptide != null)
967       {
968         final int peptideLength = peptide.getLength();
969         Mapping map = mapping.getMappingBetween(cdsSeq, peptide);
970         if (map != null)
971         {
972           MapList mapList = map.getMap();
973           if (map.getTo() == peptide.getDatasetSequence())
974           {
975             mapList = mapList.getInverse();
976           }
977           final int cdsLength = cdsDss.getLength();
978           int mappedFromLength = MappingUtils.getLength(mapList
979                   .getFromRanges());
980           int mappedToLength = MappingUtils
981                   .getLength(mapList.getToRanges());
982           boolean addStopCodon = (cdsLength == mappedFromLength
983                   * CODON_LENGTH + CODON_LENGTH)
984                   || (peptide.getDatasetSequence()
985                           .getLength() == mappedFromLength - 1);
986           if (cdsLength != mappedToLength && !addStopCodon)
987           {
988             System.err.println(String.format(
989                     "Can't align cds as protein (length mismatch %d/%d): %s",
990                     cdsLength, mappedToLength, cdsSeq.getName()));
991           }
992
993           /*
994            * pre-fill the aligned cds sequence with gaps
995            */
996           char[] alignedCds = new char[peptideLength * CODON_LENGTH
997                   + (addStopCodon ? CODON_LENGTH : 0)];
998           Arrays.fill(alignedCds, gapChar);
999
1000           /*
1001            * walk over the aligned peptide sequence and insert mapped 
1002            * codons for residues in the aligned cds sequence 
1003            */
1004           int copiedBases = 0;
1005           int cdsStart = cdsDss.getStart();
1006           int proteinPos = peptide.getStart() - 1;
1007           int cdsCol = 0;
1008
1009           for (int col = 0; col < peptideLength; col++)
1010           {
1011             char residue = peptide.getCharAt(col);
1012
1013             if (Comparison.isGap(residue))
1014             {
1015               cdsCol += CODON_LENGTH;
1016             }
1017             else
1018             {
1019               proteinPos++;
1020               int[] codon = mapList.locateInTo(proteinPos, proteinPos);
1021               if (codon == null)
1022               {
1023                 // e.g. incomplete start codon, X in peptide
1024                 cdsCol += CODON_LENGTH;
1025               }
1026               else
1027               {
1028                 for (int j = codon[0]; j <= codon[1]; j++)
1029                 {
1030                   char mappedBase = cdsDss.getCharAt(j - cdsStart);
1031                   alignedCds[cdsCol++] = mappedBase;
1032                   copiedBases++;
1033                 }
1034               }
1035             }
1036           }
1037
1038           /*
1039            * append stop codon if not mapped from protein,
1040            * closing it up to the end of the mapped sequence
1041            */
1042           if (copiedBases == cdsLength - CODON_LENGTH)
1043           {
1044             for (int i = alignedCds.length - 1; i >= 0; i--)
1045             {
1046               if (!Comparison.isGap(alignedCds[i]))
1047               {
1048                 cdsCol = i + 1; // gap just after end of sequence
1049                 break;
1050               }
1051             }
1052             for (int i = cdsLength - CODON_LENGTH; i < cdsLength; i++)
1053             {
1054               alignedCds[cdsCol++] = cdsDss.getCharAt(i);
1055             }
1056           }
1057           cdsSeq.setSequence(new String(alignedCds));
1058           return true;
1059         }
1060       }
1061     }
1062     return false;
1063   }
1064
1065   /**
1066    * Builds a map whose key is an aligned codon position (3 alignment column
1067    * numbers base 0), and whose value is a map from protein sequence to each
1068    * protein's peptide residue for that codon. The map generates an ordering of
1069    * the codons, and allows us to read off the peptides at each position in
1070    * order to assemble 'aligned' protein sequences.
1071    * 
1072    * @param protein
1073    *          the protein alignment
1074    * @param dna
1075    *          the coding dna alignment
1076    * @param unmappedProtein
1077    *          any unmapped proteins are added to this list
1078    * @return
1079    */
1080   protected static Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> buildCodonColumnsMap(
1081           AlignmentI protein, AlignmentI dna,
1082           List<SequenceI> unmappedProtein)
1083   {
1084     /*
1085      * maintain a list of any proteins with no mappings - these will be
1086      * rendered 'as is' in the protein alignment as we can't align them
1087      */
1088     unmappedProtein.addAll(protein.getSequences());
1089
1090     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1091
1092     /*
1093      * Map will hold, for each aligned codon position e.g. [3, 5, 6], a map of
1094      * {dnaSequence, {proteinSequence, codonProduct}} at that position. The
1095      * comparator keeps the codon positions ordered.
1096      */
1097     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = new TreeMap<>(
1098             new CodonComparator());
1099
1100     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1101     {
1102       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1103       {
1104         SequenceI prot = mapping.findAlignedSequence(dnaSeq, protein);
1105         if (prot != null)
1106         {
1107           Mapping seqMap = mapping.getMappingForSequence(dnaSeq);
1108           addCodonPositions(dnaSeq, prot, protein.getGapCharacter(), seqMap,
1109                   alignedCodons);
1110           unmappedProtein.remove(prot);
1111         }
1112       }
1113     }
1114
1115     /*
1116      * Finally add any unmapped peptide start residues (e.g. for incomplete
1117      * codons) as if at the codon position before the second residue
1118      */
1119     // TODO resolve JAL-2022 so this fudge can be removed
1120     int mappedSequenceCount = protein.getHeight() - unmappedProtein.size();
1121     addUnmappedPeptideStarts(alignedCodons, mappedSequenceCount);
1122
1123     return alignedCodons;
1124   }
1125
1126   /**
1127    * Scans for any protein mapped from position 2 (meaning unmapped start
1128    * position e.g. an incomplete codon), and synthesizes a 'codon' for it at the
1129    * preceding position in the alignment
1130    * 
1131    * @param alignedCodons
1132    *          the codon-to-peptide map
1133    * @param mappedSequenceCount
1134    *          the number of distinct sequences in the map
1135    */
1136   protected static void addUnmappedPeptideStarts(
1137           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1138           int mappedSequenceCount)
1139   {
1140     // TODO delete this ugly hack once JAL-2022 is resolved
1141     // i.e. we can model startPhase > 0 (incomplete start codon)
1142
1143     List<SequenceI> sequencesChecked = new ArrayList<>();
1144     AlignedCodon lastCodon = null;
1145     Map<SequenceI, AlignedCodon> toAdd = new HashMap<>();
1146
1147     for (Entry<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> entry : alignedCodons
1148             .entrySet())
1149     {
1150       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> sequenceCodon : entry.getValue()
1151               .entrySet())
1152       {
1153         SequenceI seq = sequenceCodon.getKey();
1154         if (sequencesChecked.contains(seq))
1155         {
1156           continue;
1157         }
1158         sequencesChecked.add(seq);
1159         AlignedCodon codon = sequenceCodon.getValue();
1160         if (codon.peptideCol > 1)
1161         {
1162           System.err.println(
1163                   "Problem mapping protein with >1 unmapped start positions: "
1164                           + seq.getName());
1165         }
1166         else if (codon.peptideCol == 1)
1167         {
1168           /*
1169            * first position (peptideCol == 0) was unmapped - add it
1170            */
1171           if (lastCodon != null)
1172           {
1173             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(lastCodon.pos1,
1174                     lastCodon.pos2, lastCodon.pos3,
1175                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1176             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1177           }
1178           else
1179           {
1180             /*
1181              * unmapped residue at start of alignment (no prior column) -
1182              * 'insert' at nominal codon [0, 0, 0]
1183              */
1184             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(0, 0, 0,
1185                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1186             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1187           }
1188         }
1189         if (sequencesChecked.size() == mappedSequenceCount)
1190         {
1191           // no need to check past first mapped position in all sequences
1192           break;
1193         }
1194       }
1195       lastCodon = entry.getKey();
1196     }
1197
1198     /*
1199      * add any new codons safely after iterating over the map
1200      */
1201     for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> startCodon : toAdd.entrySet())
1202     {
1203       addCodonToMap(alignedCodons, startCodon.getValue(),
1204               startCodon.getKey());
1205     }
1206   }
1207
1208   /**
1209    * Update the aligned protein sequences to match the codon alignments given in
1210    * the map.
1211    * 
1212    * @param protein
1213    * @param alignedCodons
1214    *          an ordered map of codon positions (columns), with sequence/peptide
1215    *          values present in each column
1216    * @param unmappedProtein
1217    * @return
1218    */
1219   protected static int alignProteinAs(AlignmentI protein,
1220           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1221           List<SequenceI> unmappedProtein)
1222   {
1223     /*
1224      * prefill peptide sequences with gaps 
1225      */
1226     int alignedWidth = alignedCodons.size();
1227     char[] gaps = new char[alignedWidth];
1228     Arrays.fill(gaps, protein.getGapCharacter());
1229     Map<SequenceI, char[]> peptides = new HashMap<>();
1230     for (SequenceI seq : protein.getSequences())
1231     {
1232       if (!unmappedProtein.contains(seq))
1233       {
1234         peptides.put(seq, Arrays.copyOf(gaps, gaps.length));
1235       }
1236     }
1237
1238     /*
1239      * Traverse the codons left to right (as defined by CodonComparator)
1240      * and insert peptides in each column where the sequence is mapped.
1241      * This gives a peptide 'alignment' where residues are aligned if their
1242      * corresponding codons occupy the same columns in the cdna alignment.
1243      */
1244     int column = 0;
1245     for (AlignedCodon codon : alignedCodons.keySet())
1246     {
1247       final Map<SequenceI, AlignedCodon> columnResidues = alignedCodons
1248               .get(codon);
1249       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> entry : columnResidues.entrySet())
1250       {
1251         char residue = entry.getValue().product.charAt(0);
1252         peptides.get(entry.getKey())[column] = residue;
1253       }
1254       column++;
1255     }
1256
1257     /*
1258      * and finally set the constructed sequences
1259      */
1260     for (Entry<SequenceI, char[]> entry : peptides.entrySet())
1261     {
1262       entry.getKey().setSequence(new String(entry.getValue()));
1263     }
1264
1265     return 0;
1266   }
1267
1268   /**
1269    * Populate the map of aligned codons by traversing the given sequence
1270    * mapping, locating the aligned positions of mapped codons, and adding those
1271    * positions and their translation products to the map.
1272    * 
1273    * @param dna
1274    *          the aligned sequence we are mapping from
1275    * @param protein
1276    *          the sequence to be aligned to the codons
1277    * @param gapChar
1278    *          the gap character in the dna sequence
1279    * @param seqMap
1280    *          a mapping to a sequence translation
1281    * @param alignedCodons
1282    *          the map we are building up
1283    */
1284   static void addCodonPositions(SequenceI dna, SequenceI protein,
1285           char gapChar, Mapping seqMap,
1286           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons)
1287   {
1288     Iterator<AlignedCodon> codons = seqMap.getCodonIterator(dna, gapChar);
1289
1290     /*
1291      * add codon positions, and their peptide translations, to the alignment
1292      * map, while remembering the first codon mapped
1293      */
1294     while (codons.hasNext())
1295     {
1296       try
1297       {
1298         AlignedCodon codon = codons.next();
1299         addCodonToMap(alignedCodons, codon, protein);
1300       } catch (IncompleteCodonException e)
1301       {
1302         // possible incomplete trailing codon - ignore
1303       } catch (NoSuchElementException e)
1304       {
1305         // possibly peptide lacking STOP
1306       }
1307     }
1308   }
1309
1310   /**
1311    * Helper method to add a codon-to-peptide entry to the aligned codons map
1312    * 
1313    * @param alignedCodons
1314    * @param codon
1315    * @param protein
1316    */
1317   protected static void addCodonToMap(
1318           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1319           AlignedCodon codon, SequenceI protein)
1320   {
1321     Map<SequenceI, AlignedCodon> seqProduct = alignedCodons.get(codon);
1322     if (seqProduct == null)
1323     {
1324       seqProduct = new HashMap<>();
1325       alignedCodons.put(codon, seqProduct);
1326     }
1327     seqProduct.put(protein, codon);
1328   }
1329
1330   /**
1331    * Returns true if a cDNA/Protein mapping either exists, or could be made,
1332    * between at least one pair of sequences in the two alignments. Currently,
1333    * the logic is:
1334    * <ul>
1335    * <li>One alignment must be nucleotide, and the other protein</li>
1336    * <li>At least one pair of sequences must be already mapped, or mappable</li>
1337    * <li>Mappable means the nucleotide translation matches the protein
1338    * sequence</li>
1339    * <li>The translation may ignore start and stop codons if present in the
1340    * nucleotide</li>
1341    * </ul>
1342    * 
1343    * @param al1
1344    * @param al2
1345    * @return
1346    */
1347   public static boolean isMappable(AlignmentI al1, AlignmentI al2)
1348   {
1349     if (al1 == null || al2 == null)
1350     {
1351       return false;
1352     }
1353
1354     /*
1355      * Require one nucleotide and one protein
1356      */
1357     if (al1.isNucleotide() == al2.isNucleotide())
1358     {
1359       return false;
1360     }
1361     AlignmentI dna = al1.isNucleotide() ? al1 : al2;
1362     AlignmentI protein = dna == al1 ? al2 : al1;
1363     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1364     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1365     {
1366       for (SequenceI proteinSeq : protein.getSequences())
1367       {
1368         if (isMappable(dnaSeq, proteinSeq, mappings))
1369         {
1370           return true;
1371         }
1372       }
1373     }
1374     return false;
1375   }
1376
1377   /**
1378    * Returns true if the dna sequence is mapped, or could be mapped, to the
1379    * protein sequence.
1380    * 
1381    * @param dnaSeq
1382    * @param proteinSeq
1383    * @param mappings
1384    * @return
1385    */
1386   protected static boolean isMappable(SequenceI dnaSeq,
1387           SequenceI proteinSeq, List<AlignedCodonFrame> mappings)
1388   {
1389     if (dnaSeq == null || proteinSeq == null)
1390     {
1391       return false;
1392     }
1393
1394     SequenceI dnaDs = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1395             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1396     SequenceI proteinDs = proteinSeq.getDatasetSequence() == null
1397             ? proteinSeq
1398             : proteinSeq.getDatasetSequence();
1399
1400     for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1401     {
1402       if (proteinDs == mapping.getAaForDnaSeq(dnaDs))
1403       {
1404         /*
1405          * already mapped
1406          */
1407         return true;
1408       }
1409     }
1410
1411     /*
1412      * Just try to make a mapping (it is not yet stored), test whether
1413      * successful.
1414      */
1415     return mapCdnaToProtein(proteinDs, dnaDs) != null;
1416   }
1417
1418   /**
1419    * Finds any reference annotations associated with the sequences in
1420    * sequenceScope, that are not already added to the alignment, and adds them
1421    * to the 'candidates' map. Also populates a lookup table of annotation
1422    * labels, keyed by calcId, for use in constructing tooltips or the like.
1423    * 
1424    * @param sequenceScope
1425    *          the sequences to scan for reference annotations
1426    * @param labelForCalcId
1427    *          (optional) map to populate with label for calcId
1428    * @param candidates
1429    *          map to populate with annotations for sequence
1430    * @param al
1431    *          the alignment to check for presence of annotations
1432    */
1433   public static void findAddableReferenceAnnotations(
1434           List<SequenceI> sequenceScope, Map<String, String> labelForCalcId,
1435           final Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> candidates,
1436           AlignmentI al)
1437   {
1438     if (sequenceScope == null)
1439     {
1440       return;
1441     }
1442
1443     /*
1444      * For each sequence in scope, make a list of any annotations on the
1445      * underlying dataset sequence which are not already on the alignment.
1446      * 
1447      * Add to a map of { alignmentSequence, <List of annotations to add> }
1448      */
1449     for (SequenceI seq : sequenceScope)
1450     {
1451       SequenceI dataset = seq.getDatasetSequence();
1452       if (dataset == null)
1453       {
1454         continue;
1455       }
1456       AlignmentAnnotation[] datasetAnnotations = dataset.getAnnotation();
1457       if (datasetAnnotations == null)
1458       {
1459         continue;
1460       }
1461       final List<AlignmentAnnotation> result = new ArrayList<>();
1462       for (AlignmentAnnotation dsann : datasetAnnotations)
1463       {
1464         if (dsann.annotations != null) // ignore non-positional annotation
1465         {
1466           /*
1467            * Find matching annotations on the alignment. If none is found, then
1468            * add this annotation to the list of 'addable' annotations for this
1469            * sequence.
1470            */
1471           final Iterable<AlignmentAnnotation> matchedAlignmentAnnotations = al
1472                   .findAnnotations(seq, dsann.getCalcId(), dsann.label);
1473           if (!matchedAlignmentAnnotations.iterator().hasNext())
1474           {
1475             result.add(dsann);
1476             if (labelForCalcId != null)
1477             {
1478               labelForCalcId.put(dsann.getCalcId(), dsann.label);
1479             }
1480           }
1481         }
1482         /*
1483          * Save any addable annotations for this sequence
1484          */
1485         if (!result.isEmpty())
1486         {
1487           candidates.put(seq, result);
1488         }
1489       }
1490     }
1491   }
1492
1493   /**
1494    * Adds annotations to the top of the alignment annotations, in the same order
1495    * as their related sequences.
1496    * 
1497    * @param annotations
1498    *          the annotations to add
1499    * @param alignment
1500    *          the alignment to add them to
1501    * @param selectionGroup
1502    *          current selection group (or null if none)
1503    */
1504   public static void addReferenceAnnotations(
1505           Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> annotations,
1506           final AlignmentI alignment, final SequenceGroup selectionGroup)
1507   {
1508     for (SequenceI seq : annotations.keySet())
1509     {
1510       for (AlignmentAnnotation ann : annotations.get(seq))
1511       {
1512         AlignmentAnnotation copyAnn = new AlignmentAnnotation(ann);
1513         int startRes = 0;
1514         int endRes = ann.annotations.length;
1515         if (selectionGroup != null)
1516         {
1517           startRes = selectionGroup.getStartRes();
1518           endRes = selectionGroup.getEndRes();
1519         }
1520         copyAnn.restrict(startRes, endRes);
1521
1522         /*
1523          * Add to the sequence (sets copyAnn.datasetSequence), unless the
1524          * original annotation is already on the sequence.
1525          */
1526         if (!seq.hasAnnotation(ann))
1527         {
1528           seq.addAlignmentAnnotation(copyAnn);
1529         }
1530         // adjust for gaps
1531         copyAnn.adjustForAlignment();
1532         // add to the alignment and set visible
1533         alignment.addAnnotation(copyAnn);
1534         copyAnn.visible = true;
1535       }
1536     }
1537   }
1538
1539   /**
1540    * Set visibility of alignment annotations of specified types (labels), for
1541    * specified sequences. This supports controls like "Show all secondary
1542    * structure", "Hide all Temp factor", etc.
1543    * 
1544    * @al the alignment to scan for annotations
1545    * @param types
1546    *          the types (labels) of annotations to be updated
1547    * @param forSequences
1548    *          if not null, only annotations linked to one of these sequences are
1549    *          in scope for update; if null, acts on all sequence annotations
1550    * @param anyType
1551    *          if this flag is true, 'types' is ignored (label not checked)
1552    * @param doShow
1553    *          if true, set visibility on, else set off
1554    */
1555   public static void showOrHideSequenceAnnotations(AlignmentI al,
1556           Collection<String> types, List<SequenceI> forSequences,
1557           boolean anyType, boolean doShow)
1558   {
1559     AlignmentAnnotation[] anns = al.getAlignmentAnnotation();
1560     if (anns != null)
1561     {
1562       for (AlignmentAnnotation aa : anns)
1563       {
1564         if (anyType || types.contains(aa.label))
1565         {
1566           if ((aa.sequenceRef != null) && (forSequences == null
1567                   || forSequences.contains(aa.sequenceRef)))
1568           {
1569             aa.visible = doShow;
1570           }
1571         }
1572       }
1573     }
1574   }
1575
1576   /**
1577    * Returns true if either sequence has a cross-reference to the other
1578    * 
1579    * @param seq1
1580    * @param seq2
1581    * @return
1582    */
1583   public static boolean haveCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1584   {
1585     // Note: moved here from class CrossRef as the latter class has dependencies
1586     // not availability to the applet's classpath
1587     return hasCrossRef(seq1, seq2) || hasCrossRef(seq2, seq1);
1588   }
1589
1590   /**
1591    * Returns true if seq1 has a cross-reference to seq2. Currently this assumes
1592    * that sequence name is structured as Source|AccessionId.
1593    * 
1594    * @param seq1
1595    * @param seq2
1596    * @return
1597    */
1598   public static boolean hasCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1599   {
1600     if (seq1 == null || seq2 == null)
1601     {
1602       return false;
1603     }
1604     String name = seq2.getName();
1605     final List<DBRefEntry> xrefs = seq1.getDBRefs();
1606     if (xrefs != null)
1607     {
1608       for (int ix = 0, nx = xrefs.size(); ix < nx; ix++)
1609       {
1610         DBRefEntry xref = xrefs.get(ix);
1611         String xrefName = xref.getSource() + "|" + xref.getAccessionId();
1612         // case-insensitive test, consistent with DBRefEntry.equalRef()
1613         if (xrefName.equalsIgnoreCase(name))
1614         {
1615           return true;
1616         }
1617       }
1618     }
1619     return false;
1620   }
1621
1622   /**
1623    * Constructs an alignment consisting of the mapped (CDS) regions in the given
1624    * nucleotide sequences, and updates mappings to match. The CDS sequences are
1625    * added to the original alignment's dataset, which is shared by the new
1626    * alignment. Mappings from nucleotide to CDS, and from CDS to protein, are
1627    * added to the alignment dataset.
1628    * 
1629    * @param dna
1630    *          aligned nucleotide (dna or cds) sequences
1631    * @param dataset
1632    *          the alignment dataset the sequences belong to
1633    * @param products
1634    *          (optional) to restrict results to CDS that map to specified
1635    *          protein products
1636    * @return an alignment whose sequences are the cds-only parts of the dna
1637    *         sequences (or null if no mappings are found)
1638    */
1639   public static AlignmentI makeCdsAlignment(SequenceI[] dna,
1640           AlignmentI dataset, SequenceI[] products)
1641   {
1642     if (dataset == null || dataset.getDataset() != null)
1643     {
1644       throw new IllegalArgumentException(
1645               "IMPLEMENTATION ERROR: dataset.getDataset() must be null!");
1646     }
1647     List<SequenceI> foundSeqs = new ArrayList<>();
1648     List<SequenceI> cdsSeqs = new ArrayList<>();
1649     List<AlignedCodonFrame> mappings = dataset.getCodonFrames();
1650     HashSet<SequenceI> productSeqs = null;
1651     if (products != null)
1652     {
1653       productSeqs = new HashSet<>();
1654       for (SequenceI seq : products)
1655       {
1656         productSeqs.add(seq.getDatasetSequence() == null ? seq : seq
1657                 .getDatasetSequence());
1658       }
1659     }
1660
1661     /*
1662      * Construct CDS sequences from mappings on the alignment dataset.
1663      * The logic is:
1664      * - find the protein product(s) mapped to from each dna sequence
1665      * - if the mapping covers the whole dna sequence (give or take start/stop
1666      *   codon), take the dna as the CDS sequence
1667      * - else search dataset mappings for a suitable dna sequence, i.e. one
1668      *   whose whole sequence is mapped to the protein 
1669      * - if no sequence found, construct one from the dna sequence and mapping
1670      *   (and add it to dataset so it is found if this is repeated)
1671      */
1672     for (SequenceI dnaSeq : dna)
1673     {
1674       SequenceI dnaDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1675               : dnaSeq.getDatasetSequence();
1676
1677       List<AlignedCodonFrame> seqMappings = MappingUtils
1678               .findMappingsForSequence(dnaSeq, mappings);
1679       for (AlignedCodonFrame mapping : seqMappings)
1680       {
1681         List<Mapping> mappingsFromSequence = mapping
1682                 .getMappingsFromSequence(dnaSeq);
1683
1684         for (Mapping aMapping : mappingsFromSequence)
1685         {
1686           MapList mapList = aMapping.getMap();
1687           if (mapList.getFromRatio() == 1)
1688           {
1689             /*
1690              * not a dna-to-protein mapping (likely dna-to-cds)
1691              */
1692             continue;
1693           }
1694
1695           /*
1696            * skip if mapping is not to one of the target set of proteins
1697            */
1698           SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1699           if (productSeqs != null && !productSeqs.contains(proteinProduct))
1700           {
1701             continue;
1702           }
1703
1704           /*
1705            * try to locate the CDS from the dataset mappings;
1706            * guard against duplicate results (for the case that protein has
1707            * dbrefs to both dna and cds sequences)
1708            */
1709           SequenceI cdsSeq = findCdsForProtein(mappings, dnaSeq,
1710                   seqMappings, aMapping);
1711           if (cdsSeq != null)
1712           {
1713             if (!foundSeqs.contains(cdsSeq))
1714             {
1715               foundSeqs.add(cdsSeq);
1716               SequenceI derivedSequence = cdsSeq.deriveSequence();
1717               cdsSeqs.add(derivedSequence);
1718               if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeq))
1719               {
1720                 dataset.addSequence(cdsSeq);
1721               }
1722             }
1723             continue;
1724           }
1725
1726           /*
1727            * didn't find mapped CDS sequence - construct it and add
1728            * its dataset sequence to the dataset
1729            */
1730           cdsSeq = makeCdsSequence(dnaSeq.getDatasetSequence(), aMapping,
1731                   dataset).deriveSequence();
1732           // cdsSeq has a name constructed as CDS|<dbref>
1733           // <dbref> will be either the accession for the coding sequence,
1734           // marked in the /via/ dbref to the protein product accession
1735           // or it will be the original nucleotide accession.
1736           SequenceI cdsSeqDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
1737
1738           cdsSeqs.add(cdsSeq);
1739
1740           /*
1741            * build the mapping from CDS to protein
1742            */
1743           List<int[]> cdsRange = Collections
1744                   .singletonList(new int[]
1745                   { cdsSeq.getStart(),
1746                       cdsSeq.getLength() + cdsSeq.getStart() - 1 });
1747           MapList cdsToProteinMap = new MapList(cdsRange,
1748                   mapList.getToRanges(), mapList.getFromRatio(),
1749                   mapList.getToRatio());
1750
1751           if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeqDss))
1752           {
1753             /*
1754              * if this sequence is a newly created one, add it to the dataset
1755              * and made a CDS to protein mapping (if sequence already exists,
1756              * CDS-to-protein mapping _is_ the transcript-to-protein mapping)
1757              */
1758             dataset.addSequence(cdsSeqDss);
1759             AlignedCodonFrame cdsToProteinMapping = new AlignedCodonFrame();
1760             cdsToProteinMapping.addMap(cdsSeqDss, proteinProduct,
1761                   cdsToProteinMap);
1762
1763             /*
1764              * guard against duplicating the mapping if repeating this action
1765              */
1766             if (!mappings.contains(cdsToProteinMapping))
1767             {
1768               mappings.add(cdsToProteinMapping);
1769             }
1770           }
1771
1772           propagateDBRefsToCDS(cdsSeqDss, dnaSeq.getDatasetSequence(),
1773                   proteinProduct, aMapping);
1774           /*
1775            * add another mapping from original 'from' range to CDS
1776            */
1777           AlignedCodonFrame dnaToCdsMapping = new AlignedCodonFrame();
1778           final MapList dnaToCdsMap = new MapList(mapList.getFromRanges(),
1779                   cdsRange, 1, 1);
1780           dnaToCdsMapping.addMap(dnaSeq.getDatasetSequence(), cdsSeqDss,
1781                   dnaToCdsMap);
1782           if (!mappings.contains(dnaToCdsMapping))
1783           {
1784             mappings.add(dnaToCdsMapping);
1785           }
1786
1787           /*
1788            * transfer dna chromosomal loci (if known) to the CDS
1789            * sequence (via the mapping)
1790            */
1791           final MapList cdsToDnaMap = dnaToCdsMap.getInverse();
1792           transferGeneLoci(dnaSeq, cdsToDnaMap, cdsSeq);
1793
1794           /*
1795            * add DBRef with mapping from protein to CDS
1796            * (this enables Get Cross-References from protein alignment)
1797            * This is tricky because we can't have two DBRefs with the
1798            * same source and accession, so need a different accession for
1799            * the CDS from the dna sequence
1800            */
1801
1802           // specific use case:
1803           // Genomic contig ENSCHR:1, contains coding regions for ENSG01,
1804           // ENSG02, ENSG03, with transcripts and products similarly named.
1805           // cannot add distinct dbrefs mapping location on ENSCHR:1 to ENSG01
1806
1807           // JBPNote: ?? can't actually create an example that demonstrates we
1808           // need to
1809           // synthesize an xref.
1810
1811           List<DBRefEntry> primrefs = dnaDss.getPrimaryDBRefs();
1812           for (int ip = 0, np = primrefs.size(); ip < np; ip++)
1813           {
1814                   DBRefEntry primRef = primrefs.get(ip);
1815             /*
1816              * create a cross-reference from CDS to the source sequence's
1817              * primary reference and vice versa
1818              */
1819             String source = primRef.getSource();
1820             String version = primRef.getVersion();
1821             DBRefEntry cdsCrossRef = new DBRefEntry(source, source + ":"
1822                     + version, primRef.getAccessionId());
1823             cdsCrossRef.setMap(new Mapping(dnaDss, new MapList(cdsToDnaMap)));
1824             cdsSeqDss.addDBRef(cdsCrossRef);
1825
1826             dnaSeq.addDBRef(new DBRefEntry(source, version, cdsSeq
1827                     .getName(), new Mapping(cdsSeqDss, dnaToCdsMap)));
1828             // problem here is that the cross-reference is synthesized -
1829             // cdsSeq.getName() may be like 'CDS|dnaaccession' or
1830             // 'CDS|emblcdsacc'
1831             // assuming cds version same as dna ?!?
1832
1833             DBRefEntry proteinToCdsRef = new DBRefEntry(source, version,
1834                     cdsSeq.getName());
1835             //
1836             proteinToCdsRef.setMap(new Mapping(cdsSeqDss, cdsToProteinMap
1837                     .getInverse()));
1838             proteinProduct.addDBRef(proteinToCdsRef);
1839           }
1840           /*
1841            * transfer any features on dna that overlap the CDS
1842            */
1843           transferFeatures(dnaSeq, cdsSeq, dnaToCdsMap, null,
1844                   SequenceOntologyI.CDS);
1845         }
1846       }
1847     }
1848
1849     AlignmentI cds = new Alignment(cdsSeqs.toArray(new SequenceI[cdsSeqs
1850             .size()]));
1851     cds.setDataset(dataset);
1852
1853     return cds;
1854   }
1855
1856   /**
1857    * Tries to transfer gene loci (dbref to chromosome positions) from fromSeq to
1858    * toSeq, mediated by the given mapping between the sequences
1859    * 
1860    * @param fromSeq
1861    * @param targetToFrom
1862    *          Map
1863    * @param targetSeq
1864    */
1865   protected static void transferGeneLoci(SequenceI fromSeq,
1866           MapList targetToFrom, SequenceI targetSeq)
1867   {
1868     if (targetSeq.getGeneLoci() != null)
1869     {
1870       // already have - don't override
1871       return;
1872     }
1873     GeneLociI fromLoci = fromSeq.getGeneLoci();
1874     if (fromLoci == null)
1875     {
1876       return;
1877     }
1878
1879     MapList newMap = targetToFrom.traverse(fromLoci.getMapping());
1880
1881     if (newMap != null)
1882     {
1883       targetSeq.setGeneLoci(fromLoci.getSpeciesId(),
1884               fromLoci.getAssemblyId(), fromLoci.getChromosomeId(), newMap);
1885     }
1886   }
1887
1888   /**
1889    * A helper method that finds a CDS sequence in the alignment dataset that is
1890    * mapped to the given protein sequence, and either is, or has a mapping from,
1891    * the given dna sequence.
1892    * 
1893    * @param mappings
1894    *          set of all mappings on the dataset
1895    * @param dnaSeq
1896    *          a dna (or cds) sequence we are searching from
1897    * @param seqMappings
1898    *          the set of mappings involving dnaSeq
1899    * @param aMapping
1900    *          a transcript-to-peptide mapping
1901    * @return
1902    */
1903   static SequenceI findCdsForProtein(List<AlignedCodonFrame> mappings,
1904           SequenceI dnaSeq, List<AlignedCodonFrame> seqMappings,
1905           Mapping aMapping)
1906   {
1907     /*
1908      * TODO a better dna-cds-protein mapping data representation to allow easy
1909      * navigation; until then this clunky looping around lists of mappings
1910      */
1911     SequenceI seqDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1912             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1913     SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1914
1915     /*
1916      * is this mapping from the whole dna sequence (i.e. CDS)?
1917      * allowing for possible stop codon on dna but not peptide
1918      */
1919     int mappedFromLength = MappingUtils
1920             .getLength(aMapping.getMap().getFromRanges());
1921     int dnaLength = seqDss.getLength();
1922     if (mappedFromLength == dnaLength
1923             || mappedFromLength == dnaLength - CODON_LENGTH)
1924     {
1925       /*
1926        * if sequence has CDS features, this is a transcript with no UTR
1927        * - do not take this as the CDS sequence! (JAL-2789)
1928        */
1929       if (seqDss.getFeatures().getFeaturesByOntology(SequenceOntologyI.CDS)
1930               .isEmpty())
1931       {
1932         return seqDss;
1933       }
1934     }
1935
1936     /*
1937      * looks like we found the dna-to-protein mapping; search for the
1938      * corresponding cds-to-protein mapping
1939      */
1940     List<AlignedCodonFrame> mappingsToPeptide = MappingUtils
1941             .findMappingsForSequence(proteinProduct, mappings);
1942     for (AlignedCodonFrame acf : mappingsToPeptide)
1943     {
1944       for (SequenceToSequenceMapping map : acf.getMappings())
1945       {
1946         Mapping mapping = map.getMapping();
1947         if (mapping != aMapping
1948                 && mapping.getMap().getFromRatio() == CODON_LENGTH
1949                 && proteinProduct == mapping.getTo()
1950                 && seqDss != map.getFromSeq())
1951         {
1952           mappedFromLength = MappingUtils
1953                   .getLength(mapping.getMap().getFromRanges());
1954           if (mappedFromLength == map.getFromSeq().getLength())
1955           {
1956             /*
1957             * found a 3:1 mapping to the protein product which covers
1958             * the whole dna sequence i.e. is from CDS; finally check the CDS
1959             * is mapped from the given dna start sequence
1960             */
1961             SequenceI cdsSeq = map.getFromSeq();
1962             // todo this test is weak if seqMappings contains multiple mappings;
1963             // we get away with it if transcript:cds relationship is 1:1
1964             List<AlignedCodonFrame> dnaToCdsMaps = MappingUtils
1965                     .findMappingsForSequence(cdsSeq, seqMappings);
1966             if (!dnaToCdsMaps.isEmpty())
1967             {
1968               return cdsSeq;
1969             }
1970           }
1971         }
1972       }
1973     }
1974     return null;
1975   }
1976
1977   /**
1978    * Helper method that makes a CDS sequence as defined by the mappings from the
1979    * given sequence i.e. extracts the 'mapped from' ranges (which may be on
1980    * forward or reverse strand).
1981    * 
1982    * @param seq
1983    * @param mapping
1984    * @param dataset
1985    *          - existing dataset. We check for sequences that look like the CDS
1986    *          we are about to construct, if one exists already, then we will
1987    *          just return that one.
1988    * @return CDS sequence (as a dataset sequence)
1989    */
1990   static SequenceI makeCdsSequence(SequenceI seq, Mapping mapping,
1991           AlignmentI dataset)
1992   {
1993     /*
1994      * construct CDS sequence name as "CDS|" with 'from id' held in the mapping
1995      * if set (e.g. EMBL protein_id), else sequence name appended
1996      */
1997     String mapFromId = mapping.getMappedFromId();
1998     final String seqId = "CDS|"
1999             + (mapFromId != null ? mapFromId : seq.getName());
2000
2001     SequenceI newSeq = null;
2002
2003     final MapList maplist = mapping.getMap();
2004     if (maplist.isContiguous() && maplist.isFromForwardStrand())
2005     {
2006       /*
2007        * just a subsequence, keep same dataset sequence
2008        */
2009       int start = maplist.getFromLowest();
2010       int end = maplist.getFromHighest();
2011       newSeq = seq.getSubSequence(start - 1, end);
2012       newSeq.setName(seqId);
2013     }
2014     else
2015     {
2016       /*
2017        * construct by splicing mapped from ranges
2018        */
2019       char[] seqChars = seq.getSequence();
2020       List<int[]> fromRanges = maplist.getFromRanges();
2021       int cdsWidth = MappingUtils.getLength(fromRanges);
2022       char[] newSeqChars = new char[cdsWidth];
2023
2024       int newPos = 0;
2025       for (int[] range : fromRanges)
2026       {
2027         if (range[0] <= range[1])
2028         {
2029           // forward strand mapping - just copy the range
2030           int length = range[1] - range[0] + 1;
2031           System.arraycopy(seqChars, range[0] - 1, newSeqChars, newPos,
2032                   length);
2033           newPos += length;
2034         }
2035         else
2036         {
2037           // reverse strand mapping - copy and complement one by one
2038           for (int i = range[0]; i >= range[1]; i--)
2039           {
2040             newSeqChars[newPos++] = Dna.getComplement(seqChars[i - 1]);
2041           }
2042         }
2043       }
2044
2045       newSeq = new Sequence(seqId, newSeqChars, 1, newPos);
2046     }
2047
2048     if (dataset != null)
2049     {
2050       SequenceI[] matches = dataset.findSequenceMatch(newSeq.getName());
2051       if (matches != null)
2052       {
2053         boolean matched = false;
2054         for (SequenceI mtch : matches)
2055         {
2056           if (mtch.getStart() != newSeq.getStart())
2057           {
2058             continue;
2059           }
2060           if (mtch.getEnd() != newSeq.getEnd())
2061           {
2062             continue;
2063           }
2064           if (!Arrays.equals(mtch.getSequence(), newSeq.getSequence()))
2065           {
2066             continue;
2067           }
2068           if (!matched)
2069           {
2070             matched = true;
2071             newSeq = mtch;
2072           }
2073           else
2074           {
2075             System.err.println(
2076                     "JAL-2154 regression: warning - found (and ignnored a duplicate CDS sequence):"
2077                             + mtch.toString());
2078           }
2079         }
2080       }
2081     }
2082     // newSeq.setDescription(mapFromId);
2083
2084     return newSeq;
2085   }
2086
2087   /**
2088    * Adds any DBRefEntrys to cdsSeq from contig that have a Mapping congruent to
2089    * the given mapping.
2090    * 
2091    * @param cdsSeq
2092    * @param contig
2093    * @param proteinProduct
2094    * @param mapping
2095    * @return list of DBRefEntrys added
2096    */
2097   protected static List<DBRefEntry> propagateDBRefsToCDS(SequenceI cdsSeq,
2098           SequenceI contig, SequenceI proteinProduct, Mapping mapping)
2099   {
2100
2101     // gather direct refs from contig congruent with mapping
2102     List<DBRefEntry> direct = new ArrayList<>();
2103     HashSet<String> directSources = new HashSet<>();
2104
2105     List<DBRefEntry> refs = contig.getDBRefs();
2106     if (refs != null)
2107     {
2108       for (int ib = 0, nb = refs.size(); ib < nb; ib++)
2109       {
2110         DBRefEntry dbr = refs.get(ib);
2111         MapList map;
2112         if (dbr.hasMap() && (map = dbr.getMap().getMap()).isTripletMap())
2113         {
2114           // check if map is the CDS mapping
2115           if (mapping.getMap().equals(map))
2116           {
2117             direct.add(dbr);
2118             directSources.add(dbr.getSource());
2119           }
2120         }
2121       }
2122     }
2123     List<DBRefEntry> onSource = DBRefUtils.selectRefs(
2124             proteinProduct.getDBRefs(),
2125             directSources.toArray(new String[0]));
2126     List<DBRefEntry> propagated = new ArrayList<>();
2127
2128     // and generate appropriate mappings
2129     for (int ic = 0, nc = direct.size(); ic < nc; ic++)
2130     {
2131       DBRefEntry cdsref = direct.get(ic);
2132       Mapping m = cdsref.getMap();
2133       // clone maplist and mapping
2134       MapList cdsposmap = new MapList(
2135               Arrays.asList(new int[][]
2136               { new int[] { cdsSeq.getStart(), cdsSeq.getEnd() } }),
2137               m.getMap().getToRanges(), 3, 1);
2138       Mapping cdsmap = new Mapping(m.getTo(), m.getMap());
2139
2140       // create dbref
2141       DBRefEntry newref = new DBRefEntry(cdsref.getSource(),
2142               cdsref.getVersion(), cdsref.getAccessionId(),
2143               new Mapping(cdsmap.getTo(), cdsposmap));
2144
2145       // and see if we can map to the protein product for this mapping.
2146       // onSource is the filtered set of accessions on protein that we are
2147       // tranferring, so we assume accession is the same.
2148       if (cdsmap.getTo() == null && onSource != null)
2149       {
2150         List<DBRefEntry> sourceRefs = DBRefUtils.searchRefs(onSource,
2151                 cdsref.getAccessionId());
2152         if (sourceRefs != null)
2153         {
2154           for (DBRefEntry srcref : sourceRefs)
2155           {
2156             if (srcref.getSource().equalsIgnoreCase(cdsref.getSource()))
2157             {
2158               // we have found a complementary dbref on the protein product, so
2159               // update mapping's getTo
2160               newref.getMap().setTo(proteinProduct);
2161             }
2162           }
2163         }
2164       }
2165       cdsSeq.addDBRef(newref);
2166       propagated.add(newref);
2167     }
2168     return propagated;
2169   }
2170
2171   /**
2172    * Transfers co-located features on 'fromSeq' to 'toSeq', adjusting the
2173    * feature start/end ranges, optionally omitting specified feature types.
2174    * Returns the number of features copied.
2175    * 
2176    * @param fromSeq
2177    * @param toSeq
2178    * @param mapping
2179    *          the mapping from 'fromSeq' to 'toSeq'
2180    * @param select
2181    *          if not null, only features of this type are copied (including
2182    *          subtypes in the Sequence Ontology)
2183    * @param omitting
2184    */
2185   protected static int transferFeatures(SequenceI fromSeq, SequenceI toSeq,
2186           MapList mapping, String select, String... omitting)
2187   {
2188     SequenceI copyTo = toSeq;
2189     while (copyTo.getDatasetSequence() != null)
2190     {
2191       copyTo = copyTo.getDatasetSequence();
2192     }
2193     if (fromSeq == copyTo || fromSeq.getDatasetSequence() == copyTo)
2194     {
2195       return 0; // shared dataset sequence
2196     }
2197
2198     /*
2199      * get features, optionally restricted by an ontology term
2200      */
2201     List<SequenceFeature> sfs = select == null ? fromSeq.getFeatures()
2202             .getPositionalFeatures() : fromSeq.getFeatures()
2203             .getFeaturesByOntology(select);
2204
2205     int count = 0;
2206     for (SequenceFeature sf : sfs)
2207     {
2208       String type = sf.getType();
2209       boolean omit = false;
2210       for (String toOmit : omitting)
2211       {
2212         if (type.equals(toOmit))
2213         {
2214           omit = true;
2215         }
2216       }
2217       if (omit)
2218       {
2219         continue;
2220       }
2221
2222       /*
2223        * locate the mapped range - null if either start or end is
2224        * not mapped (no partial overlaps are calculated)
2225        */
2226       int start = sf.getBegin();
2227       int end = sf.getEnd();
2228       int[] mappedTo = mapping.locateInTo(start, end);
2229       /*
2230        * if whole exon range doesn't map, try interpreting it
2231        * as 5' or 3' exon overlapping the CDS range
2232        */
2233       if (mappedTo == null)
2234       {
2235         mappedTo = mapping.locateInTo(end, end);
2236         if (mappedTo != null)
2237         {
2238           /*
2239            * end of exon is in CDS range - 5' overlap
2240            * to a range from the start of the peptide
2241            */
2242           mappedTo[0] = 1;
2243         }
2244       }
2245       if (mappedTo == null)
2246       {
2247         mappedTo = mapping.locateInTo(start, start);
2248         if (mappedTo != null)
2249         {
2250           /*
2251            * start of exon is in CDS range - 3' overlap
2252            * to a range up to the end of the peptide
2253            */
2254           mappedTo[1] = toSeq.getLength();
2255         }
2256       }
2257       if (mappedTo != null)
2258       {
2259         int newBegin = Math.min(mappedTo[0], mappedTo[1]);
2260         int newEnd = Math.max(mappedTo[0], mappedTo[1]);
2261         SequenceFeature copy = new SequenceFeature(sf, newBegin, newEnd,
2262                 sf.getFeatureGroup(), sf.getScore());
2263         copyTo.addSequenceFeature(copy);
2264         count++;
2265       }
2266     }
2267     return count;
2268   }
2269
2270   /**
2271    * Returns a mapping from dna to protein by inspecting sequence features of
2272    * type "CDS" on the dna. A mapping is constructed if the total CDS feature
2273    * length is 3 times the peptide length (optionally after dropping a trailing
2274    * stop codon). This method does not check whether the CDS nucleotide sequence
2275    * translates to the peptide sequence.
2276    * 
2277    * @param dnaSeq
2278    * @param proteinSeq
2279    * @return
2280    */
2281   public static MapList mapCdsToProtein(SequenceI dnaSeq,
2282           SequenceI proteinSeq)
2283   {
2284     List<int[]> ranges = findCdsPositions(dnaSeq);
2285     int mappedDnaLength = MappingUtils.getLength(ranges);
2286
2287     /*
2288      * if not a whole number of codons, truncate mapping
2289      */
2290     int codonRemainder = mappedDnaLength % CODON_LENGTH;
2291     if (codonRemainder > 0)
2292     {
2293       mappedDnaLength -= codonRemainder;
2294       MappingUtils.removeEndPositions(codonRemainder, ranges);
2295     }
2296
2297     int proteinLength = proteinSeq.getLength();
2298     int proteinStart = proteinSeq.getStart();
2299     int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
2300
2301     /*
2302      * incomplete start codon may mean X at start of peptide
2303      * we ignore both for mapping purposes
2304      */
2305     if (proteinSeq.getCharAt(0) == 'X')
2306     {
2307       // todo JAL-2022 support startPhase > 0
2308       proteinStart++;
2309       proteinLength--;
2310     }
2311     List<int[]> proteinRange = new ArrayList<>();
2312
2313     /*
2314      * dna length should map to protein (or protein plus stop codon)
2315      */
2316     int codesForResidues = mappedDnaLength / CODON_LENGTH;
2317     if (codesForResidues == (proteinLength + 1))
2318     {
2319       // assuming extra codon is for STOP and not in peptide
2320       // todo: check trailing codon is indeed a STOP codon
2321       codesForResidues--;
2322       mappedDnaLength -= CODON_LENGTH;
2323       MappingUtils.removeEndPositions(CODON_LENGTH, ranges);
2324     }
2325
2326     if (codesForResidues == proteinLength)
2327     {
2328       proteinRange.add(new int[] { proteinStart, proteinEnd });
2329       return new MapList(ranges, proteinRange, CODON_LENGTH, 1);
2330     }
2331     return null;
2332   }
2333
2334   /**
2335    * Returns a list of CDS ranges found (as sequence positions base 1), i.e. of
2336    * [start, end] positions of sequence features of type "CDS" (or a sub-type of
2337    * CDS in the Sequence Ontology). The ranges are sorted into ascending start
2338    * position order, so this method is only valid for linear CDS in the same
2339    * sense as the protein product.
2340    * 
2341    * @param dnaSeq
2342    * @return
2343    */
2344   protected static List<int[]> findCdsPositions(SequenceI dnaSeq)
2345   {
2346     List<int[]> result = new ArrayList<>();
2347
2348     List<SequenceFeature> sfs = dnaSeq.getFeatures().getFeaturesByOntology(
2349             SequenceOntologyI.CDS);
2350     if (sfs.isEmpty())
2351     {
2352       return result;
2353     }
2354     SequenceFeatures.sortFeatures(sfs, true);
2355
2356     for (SequenceFeature sf : sfs)
2357     {
2358       int phase = 0;
2359       try
2360       {
2361         String s = sf.getPhase();
2362         if (s != null) 
2363         {
2364                 phase = Integer.parseInt(s);
2365         }
2366       } catch (NumberFormatException e)
2367       {
2368         // leave as zero
2369       }
2370       /*
2371        * phase > 0 on first codon means 5' incomplete - skip to the start
2372        * of the next codon; example ENST00000496384
2373        */
2374       int begin = sf.getBegin();
2375       int end = sf.getEnd();
2376       if (result.isEmpty() && phase > 0)
2377       {
2378         begin += phase;
2379         if (begin > end)
2380         {
2381           // shouldn't happen!
2382           System.err
2383                   .println("Error: start phase extends beyond start CDS in "
2384                           + dnaSeq.getName());
2385         }
2386       }
2387       result.add(new int[] { begin, end });
2388     }
2389
2390     /*
2391      * Finally sort ranges by start position. This avoids a dependency on 
2392      * keeping features in order on the sequence (if they are in order anyway,
2393      * the sort will have almost no work to do). The implicit assumption is CDS
2394      * ranges are assembled in order. Other cases should not use this method,
2395      * but instead construct an explicit mapping for CDS (e.g. EMBL parsing).
2396      */
2397     Collections.sort(result, IntRangeComparator.ASCENDING);
2398     return result;
2399   }
2400
2401   /**
2402    * Makes an alignment with a copy of the given sequences, adding in any
2403    * non-redundant sequences which are mapped to by the cross-referenced
2404    * sequences.
2405    * 
2406    * @param seqs
2407    * @param xrefs
2408    * @param dataset
2409    *          the alignment dataset shared by the new copy
2410    * @return
2411    */
2412   public static AlignmentI makeCopyAlignment(SequenceI[] seqs,
2413           SequenceI[] xrefs, AlignmentI dataset)
2414   {
2415     AlignmentI copy = new Alignment(new Alignment(seqs));
2416     copy.setDataset(dataset);
2417     boolean isProtein = !copy.isNucleotide();
2418     SequenceIdMatcher matcher = new SequenceIdMatcher(seqs);
2419     if (xrefs != null)
2420     {
2421         // BH 2019.01.25 recoded to remove iterators
2422         
2423       for (int ix = 0, nx = xrefs.length; ix < nx; ix++)
2424       {
2425         SequenceI xref = xrefs[ix];
2426         List<DBRefEntry> dbrefs = xref.getDBRefs();
2427         if (dbrefs != null)
2428         {
2429           for (int ir = 0, nir = dbrefs.size(); ir < nir; ir++)
2430           {
2431             DBRefEntry dbref = dbrefs.get(ir);
2432             Mapping map = dbref.getMap();
2433             SequenceI mto;
2434             if (map == null || (mto = map.getTo()) == null
2435                     || mto.isProtein() != isProtein)
2436             {
2437               continue;
2438             }
2439             SequenceI mappedTo = mto;
2440             SequenceI match = matcher.findIdMatch(mappedTo);
2441             if (match == null)
2442             {
2443               matcher.add(mappedTo);
2444               copy.addSequence(mappedTo);
2445             }
2446           }
2447         }
2448       }
2449     }
2450     return copy;
2451   }
2452
2453   /**
2454    * Try to align sequences in 'unaligned' to match the alignment of their
2455    * mapped regions in 'aligned'. For example, could use this to align CDS
2456    * sequences which are mapped to their parent cDNA sequences.
2457    * 
2458    * This method handles 1:1 mappings (dna-to-dna or protein-to-protein). For
2459    * dna-to-protein or protein-to-dna use alternative methods.
2460    * 
2461    * @param unaligned
2462    *          sequences to be aligned
2463    * @param aligned
2464    *          holds aligned sequences and their mappings
2465    * @return
2466    */
2467   public static int alignAs(AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned)
2468   {
2469     /*
2470      * easy case - aligning a copy of aligned sequences
2471      */
2472     if (alignAsSameSequences(unaligned, aligned))
2473     {
2474       return unaligned.getHeight();
2475     }
2476
2477     /*
2478      * fancy case - aligning via mappings between sequences
2479      */
2480     List<SequenceI> unmapped = new ArrayList<>();
2481     Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> columnMap = buildMappedColumnsMap(
2482             unaligned, aligned, unmapped);
2483     int width = columnMap.size();
2484     char gap = unaligned.getGapCharacter();
2485     int realignedCount = 0;
2486     // TODO: verify this loop scales sensibly for very wide/high alignments
2487
2488     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2489     {
2490       if (!unmapped.contains(seq))
2491       {
2492         char[] newSeq = new char[width];
2493         Arrays.fill(newSeq, gap); // JBPComment - doubt this is faster than the
2494                                   // Integer iteration below
2495         int newCol = 0;
2496         int lastCol = 0;
2497
2498         /*
2499          * traverse the map to find columns populated
2500          * by our sequence
2501          */
2502         for (Integer column : columnMap.keySet())
2503         {
2504           Character c = columnMap.get(column).get(seq);
2505           if (c != null)
2506           {
2507             /*
2508              * sequence has a character at this position
2509              * 
2510              */
2511             newSeq[newCol] = c;
2512             lastCol = newCol;
2513           }
2514           newCol++;
2515         }
2516
2517         /*
2518          * trim trailing gaps
2519          */
2520         if (lastCol < width)
2521         {
2522           char[] tmp = new char[lastCol + 1];
2523           System.arraycopy(newSeq, 0, tmp, 0, lastCol + 1);
2524           newSeq = tmp;
2525         }
2526         // TODO: optimise SequenceI to avoid char[]->String->char[]
2527         seq.setSequence(String.valueOf(newSeq));
2528         realignedCount++;
2529       }
2530     }
2531     return realignedCount;
2532   }
2533
2534   /**
2535    * If unaligned and aligned sequences share the same dataset sequences, then
2536    * simply copies the aligned sequences to the unaligned sequences and returns
2537    * true; else returns false
2538    * 
2539    * @param unaligned
2540    *                    - sequences to be aligned based on aligned
2541    * @param aligned
2542    *                    - 'guide' alignment containing sequences derived from same
2543    *                    dataset as unaligned
2544    * @return
2545    */
2546   static boolean alignAsSameSequences(AlignmentI unaligned,
2547           AlignmentI aligned)
2548   {
2549     if (aligned.getDataset() == null || unaligned.getDataset() == null)
2550     {
2551       return false; // should only pass alignments with datasets here
2552     }
2553
2554     // map from dataset sequence to alignment sequence(s)
2555     Map<SequenceI, List<SequenceI>> alignedDatasets = new HashMap<>();
2556     for (SequenceI seq : aligned.getSequences())
2557     {
2558       SequenceI ds = seq.getDatasetSequence();
2559       if (alignedDatasets.get(ds) == null)
2560       {
2561         alignedDatasets.put(ds, new ArrayList<SequenceI>());
2562       }
2563       alignedDatasets.get(ds).add(seq);
2564     }
2565
2566     /*
2567      * first pass - check whether all sequences to be aligned share a 
2568      * dataset sequence with an aligned sequence; also note the leftmost
2569      * ungapped column from which to copy
2570      */
2571     int leftmost = Integer.MAX_VALUE;
2572     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2573     {
2574       final SequenceI ds = seq.getDatasetSequence();
2575       if (!alignedDatasets.containsKey(ds))
2576       {
2577         return false;
2578       }
2579       SequenceI alignedSeq = alignedDatasets.get(ds)
2580               .get(0);
2581       int startCol = alignedSeq.findIndex(seq.getStart()); // 1..
2582       leftmost = Math.min(leftmost, startCol);
2583     }
2584
2585     /*
2586      * second pass - copy aligned sequences;
2587      * heuristic rule: pair off sequences in order for the case where 
2588      * more than one shares the same dataset sequence 
2589      */
2590     final char gapCharacter = aligned.getGapCharacter();
2591     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2592     {
2593       List<SequenceI> alignedSequences = alignedDatasets
2594               .get(seq.getDatasetSequence());
2595       if (alignedSequences.isEmpty())
2596       {
2597         /*
2598          * defensive check - shouldn't happen! (JAL-3536)
2599          */
2600         continue;
2601       }
2602       SequenceI alignedSeq = alignedSequences.get(0);
2603
2604       /*
2605        * gap fill for leading (5') UTR if any
2606        */
2607       // TODO this copies intron columns - wrong!
2608       int startCol = alignedSeq.findIndex(seq.getStart()); // 1..
2609       int endCol = alignedSeq.findIndex(seq.getEnd());
2610       char[] seqchars = new char[endCol - leftmost + 1];
2611       Arrays.fill(seqchars, gapCharacter);
2612       char[] toCopy = alignedSeq.getSequence(startCol - 1, endCol);
2613       System.arraycopy(toCopy, 0, seqchars, startCol - leftmost,
2614               toCopy.length);
2615       seq.setSequence(String.valueOf(seqchars));
2616       if (alignedSequences.size() > 0)
2617       {
2618         // pop off aligned sequences (except the last one)
2619         alignedSequences.remove(0);
2620       }
2621     }
2622
2623     /*
2624      * finally remove gapped columns (e.g. introns)
2625      */
2626     new RemoveGapColCommand("", unaligned.getSequencesArray(), 0,
2627             unaligned.getWidth() - 1, unaligned);
2628
2629     return true;
2630   }
2631
2632   /**
2633    * Returns a map whose key is alignment column number (base 1), and whose
2634    * values are a map of sequence characters in that column.
2635    * 
2636    * @param unaligned
2637    * @param aligned
2638    * @param unmapped
2639    * @return
2640    */
2641   static SortedMap<Integer, Map<SequenceI, Character>> buildMappedColumnsMap(
2642           AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned,
2643           List<SequenceI> unmapped)
2644   {
2645     /*
2646      * Map will hold, for each aligned column position, a map of
2647      * {unalignedSequence, characterPerSequence} at that position.
2648      * TreeMap keeps the entries in ascending column order. 
2649      */
2650     SortedMap<Integer, Map<SequenceI, Character>> map = new TreeMap<>();
2651
2652     /*
2653      * record any sequences that have no mapping so can't be realigned
2654      */
2655     unmapped.addAll(unaligned.getSequences());
2656
2657     List<AlignedCodonFrame> mappings = aligned.getCodonFrames();
2658
2659     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2660     {
2661       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
2662       {
2663         SequenceI fromSeq = mapping.findAlignedSequence(seq, aligned);
2664         if (fromSeq != null)
2665         {
2666           Mapping seqMap = mapping.getMappingBetween(fromSeq, seq);
2667           if (addMappedPositions(seq, fromSeq, seqMap, map))
2668           {
2669             unmapped.remove(seq);
2670           }
2671         }
2672       }
2673     }
2674     return map;
2675   }
2676
2677   /**
2678    * Helper method that adds to a map the mapped column positions of a sequence.
2679    * <br>
2680    * For example if aaTT-Tg-gAAA is mapped to TTTAAA then the map should record
2681    * that columns 3,4,6,10,11,12 map to characters T,T,T,A,A,A of the mapped to
2682    * sequence.
2683    * 
2684    * @param seq
2685    *          the sequence whose column positions we are recording
2686    * @param fromSeq
2687    *          a sequence that is mapped to the first sequence
2688    * @param seqMap
2689    *          the mapping from 'fromSeq' to 'seq'
2690    * @param map
2691    *          a map to add the column positions (in fromSeq) of the mapped
2692    *          positions of seq
2693    * @return
2694    */
2695   static boolean addMappedPositions(SequenceI seq, SequenceI fromSeq,
2696           Mapping seqMap, Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> map)
2697   {
2698     if (seqMap == null)
2699     {
2700       return false;
2701     }
2702
2703     /*
2704      * invert mapping if it is from unaligned to aligned sequence
2705      */
2706     if (seqMap.getTo() == fromSeq.getDatasetSequence())
2707     {
2708       seqMap = new Mapping(seq.getDatasetSequence(),
2709               seqMap.getMap().getInverse());
2710     }
2711
2712     int toStart = seq.getStart();
2713
2714     /*
2715      * traverse [start, end, start, end...] ranges in fromSeq
2716      */
2717     for (int[] fromRange : seqMap.getMap().getFromRanges())
2718     {
2719       for (int i = 0; i < fromRange.length - 1; i += 2)
2720       {
2721         boolean forward = fromRange[i + 1] >= fromRange[i];
2722
2723         /*
2724          * find the range mapped to (sequence positions base 1)
2725          */
2726         int[] range = seqMap.locateMappedRange(fromRange[i],
2727                 fromRange[i + 1]);
2728         if (range == null)
2729         {
2730           System.err.println("Error in mapping " + seqMap + " from "
2731                   + fromSeq.getName());
2732           return false;
2733         }
2734         int fromCol = fromSeq.findIndex(fromRange[i]);
2735         int mappedCharPos = range[0];
2736
2737         /*
2738          * walk over the 'from' aligned sequence in forward or reverse
2739          * direction; when a non-gap is found, record the column position
2740          * of the next character of the mapped-to sequence; stop when all
2741          * the characters of the range have been counted
2742          */
2743         while (mappedCharPos <= range[1] && fromCol <= fromSeq.getLength()
2744                 && fromCol >= 0)
2745         {
2746           if (!Comparison.isGap(fromSeq.getCharAt(fromCol - 1)))
2747           {
2748             /*
2749              * mapped from sequence has a character in this column
2750              * record the column position for the mapped to character
2751              */
2752             Map<SequenceI, Character> seqsMap = map.get(fromCol);
2753             if (seqsMap == null)
2754             {
2755               seqsMap = new HashMap<>();
2756               map.put(fromCol, seqsMap);
2757             }
2758             seqsMap.put(seq, seq.getCharAt(mappedCharPos - toStart));
2759             mappedCharPos++;
2760           }
2761           fromCol += (forward ? 1 : -1);
2762         }
2763       }
2764     }
2765     return true;
2766   }
2767
2768   // strictly temporary hack until proper criteria for aligning protein to cds
2769   // are in place; this is so Ensembl -> fetch xrefs Uniprot aligns the Uniprot
2770   public static boolean looksLikeEnsembl(AlignmentI alignment)
2771   {
2772     for (SequenceI seq : alignment.getSequences())
2773     {
2774       String name = seq.getName();
2775       if (!name.startsWith("ENSG") && !name.startsWith("ENST"))
2776       {
2777         return false;
2778       }
2779     }
2780     return true;
2781   }
2782 }