test/jalview/io/vcf/VCFLoaderTest.java

   1 package jalview.io.vcf;
   2
   3 import static org.testng.Assert.assertEquals;
   4
   5 import jalview.datamodel.AlignmentI;
   6 import jalview.datamodel.DBRefEntry;
   7 import jalview.datamodel.Mapping;
   8 import jalview.datamodel.Sequence;
   9 import jalview.datamodel.SequenceFeature;
  10 import jalview.datamodel.SequenceI;
  11 import jalview.gui.AlignFrame;
  12 import jalview.io.DataSourceType;
  13 import jalview.io.FileLoader;
  14 import jalview.io.gff.Gff3Helper;
  15 import jalview.io.gff.SequenceOntologyI;
  16 import jalview.util.MapList;
  17
  18 import java.io.File;
  19 import java.io.IOException;
  20 import java.io.PrintWriter;
  21 import java.util.List;
  22
  23 import org.testng.annotations.Test;
  24
  25 public class VCFLoaderTest
  26 {
  27   // columns 9717- of gene P30419 from Ensembl (modified)
  28   private static final String FASTA =
  29   // forward strand 'gene'
  30   ">gene1/1-25 chromosome:GRCh38:17:45051610:45051634:1\n"
  31           + "CAAGCTGGCGGACGAGAGTGTGACA\n"
  32           // and a 'made up' mini-transcript with two exons
  33           + ">transcript1/1-18\n--AGCTGGCG----AGAGTGTGAC-\n"
  34           +
  35           // 'reverse strand' gene (reverse complement)
  36           ">gene2/1-25 chromosome:GRCh38:17:45051610:45051634:-1\n"
  37           + "TGTCACACTCTCGTCCGCCAGCTTG\n"
  38           // and its 'transcript'
  39           + ">transcript2/1-18\n"
  40           + "-GTCACACTCT----CGCCAGCT--\n";
  41
  42   private static final String[] VCF = { "##fileformat=VCFv4.2",
  43       "##INFO=<ID=AF,Number=A,Type=Float,Description=\"Allele Frequency, for each ALT allele, in the same order as listed\">",
  44       "##reference=GRCh38",
  45       "#CHROM\tPOS\tID\tREF\tALT\tQUAL\tFILTER\tINFO",
  46       // SNP A/T in position 2 of gene sequence (precedes transcript)
  47       "17\t45051611\t.\tA\tT\t1666.64\tRF\tAC=15;AF=5.08130e-03",
  48       // SNP G/C in position 4 of gene sequence, position 2 of transcript
  49       // this is a mixed variant, the insertion G/GA is not transferred
  50       "17\t45051613\t.\tG\tGA,C\t1666.64\tRF\tAC=15;AF=3.08130e-03" };
  51
  52   @Test(groups = "Functional")
  53   public void testLoadVCF() throws IOException
  54   {
  55     AlignmentI al = buildAlignment();
  56     VCFLoader loader = new VCFLoader(al);
  57
  58     File f = makeVcf();
  59
  60     loader.loadVCF(f.getPath(), null);
  61
  62     /*
  63      * verify variant feature(s) added to gene
  64      */
  65     List<SequenceFeature> geneFeatures = al.getSequenceAt(0)
  66             .getSequenceFeatures();
  67     assertEquals(geneFeatures.size(), 2);
  68     SequenceFeature sf = geneFeatures.get(0);
  69     assertEquals(sf.getFeatureGroup(), "VCF");
  70     assertEquals(sf.getBegin(), 2);
  71     assertEquals(sf.getEnd(), 2);
  72     assertEquals(sf.getType(), SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT);
  73     assertEquals(sf.getScore(), 5.08130e-03, 0.000001f);
  74     assertEquals(sf.getValue(Gff3Helper.ALLELES), "A,T");
  75
  76     sf = geneFeatures.get(1);
  77     assertEquals(sf.getFeatureGroup(), "VCF");
  78     assertEquals(sf.getBegin(), 4);
  79     assertEquals(sf.getEnd(), 4);
  80     assertEquals(sf.getType(), SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT);
  81     assertEquals(sf.getScore(), 3.08130e-03, 0.000001f);
  82     assertEquals(sf.getValue(Gff3Helper.ALLELES), "G,C");
  83
  84     /*
  85      * verify variant feature(s) added to transcript
  86      */
  87     List<SequenceFeature> transcriptFeatures = al.getSequenceAt(1)
  88             .getSequenceFeatures();
  89     assertEquals(transcriptFeatures.size(), 1);
  90     sf = transcriptFeatures.get(0);
  91     assertEquals(sf.getFeatureGroup(), "VCF");
  92     assertEquals(sf.getBegin(), 2);
  93     assertEquals(sf.getEnd(), 2);
  94     assertEquals(sf.getType(), SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT);
  95     assertEquals(sf.getScore(), 3.08130e-03, 0.000001f);
  96     assertEquals(sf.getValue(Gff3Helper.ALLELES), "G,C");
  97
  98     /*
  99      * verify variant feature(s) computed and added to protein
 100      * first codon AGC varies to ACC giving S/T
 101      */
 102     DBRefEntry[] dbRefs = al.getSequenceAt(1).getDBRefs();
 103     SequenceI peptide = null;
 104     for (DBRefEntry dbref : dbRefs)
 105     {
 106       if (dbref.getMap().getMap().getFromRatio() == 3)
 107       {
 108         peptide = dbref.getMap().getTo();
 109       }
 110     }
 111     List<SequenceFeature> proteinFeatures = peptide.getSequenceFeatures();
 112     assertEquals(proteinFeatures.size(), 1);
 113     sf = proteinFeatures.get(0);
 114     assertEquals(sf.getFeatureGroup(), "VCF");
 115     assertEquals(sf.getBegin(), 1);
 116     assertEquals(sf.getEnd(), 1);
 117     assertEquals(sf.getType(), SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT);
 118     assertEquals(sf.getDescription(), "p.Ser1Thr");
 119   }
 120
 121   private File makeVcf() throws IOException
 122   {
 123     File f = File.createTempFile("Test", ".vcf");
 124     f.deleteOnExit();
 125     PrintWriter pw = new PrintWriter(f);
 126     for (String vcfLine : VCF)
 127     {
 128       pw.println(vcfLine);
 129     }
 130     pw.close();
 131     return f;
 132   }
 133
 134   /**
 135    * Make a simple alignment with one 'gene' and one 'transcript'
 136    *
 137    * @return
 138    */
 139   private AlignmentI buildAlignment()
 140   {
 141     AlignFrame af = new FileLoader().LoadFileWaitTillLoaded(FASTA,
 142             DataSourceType.PASTE);
 143
 144     /*
 145      * map gene1 sequence to chromosome (normally done when the sequence is fetched
 146      * from Ensembl and transcripts computed)
 147      */
 148     AlignmentI alignment = af.getViewport().getAlignment();
 149     SequenceI gene1 = alignment.getSequenceAt(0);
 150     int[] to = new int[] { 45051610, 45051634 };
 151     int[] from = new int[] { gene1.getStart(), gene1.getEnd() };
 152     gene1.setGeneLoci("human", "GRCh38", "17", new MapList(from, to, 1, 1));
 153
 154     /*
 155      * map 'transcript1' to chromosome via 'gene1'
 156      * transcript1/1-18 is gene1/3-10,15-24
 157      * which is chromosome 45051612-45051619,45051624-45051633
 158      */
 159     to = new int[] { 45051612, 45051619, 45051624, 45051633 };
 160     SequenceI transcript1 = alignment.getSequenceAt(1);
 161     from = new int[] { transcript1.getStart(), transcript1.getEnd() };
 162     transcript1.setGeneLoci("human", "GRCh38", "17", new MapList(from, to,
 163             1, 1));
 164
 165     /*
 166      * map gene2 to chromosome reverse strand
 167      */
 168     SequenceI gene2 = alignment.getSequenceAt(2);
 169     to = new int[] { 45051634, 45051610 };
 170     from = new int[] { gene2.getStart(), gene2.getEnd() };
 171     gene2.setGeneLoci("human", "GRCh38", "17", new MapList(from, to, 1, 1));
 172
 173     /*
 174      * map 'transcript2' to chromosome via 'gene2'
 175      * transcript2/1-18 is gene2/2-11,16-23
 176      * which is chromosome 45051633-45051624,45051619-45051612
 177      */
 178     to = new int[] { 45051633, 45051624, 45051619, 45051612 };
 179     SequenceI transcript2 = alignment.getSequenceAt(3);
 180     from = new int[] { transcript2.getStart(), transcript2.getEnd() };
 181     transcript2.setGeneLoci("human", "GRCh38", "17", new MapList(from, to,
 182             1, 1));
 183
 184     /*
 185      * add a protein product as a DBRef on transcript1
 186      */
 187     SequenceI peptide1 = new Sequence("ENSP001", "SWRECD");
 188     MapList mapList = new MapList(new int[] { 1, 18 }, new int[] { 1, 6 },
 189             3, 1);
 190     Mapping map = new Mapping(peptide1, mapList);
 191     DBRefEntry product = new DBRefEntry("", "", "ENSP001", map);
 192     transcript1.addDBRef(product);
 193
 194     /*
 195      * add a protein product as a DBRef on transcript2
 196      */
 197     SequenceI peptide2 = new Sequence("ENSP002", "VTLSPA");
 198     mapList = new MapList(new int[] { 1, 18 }, new int[] { 1, 6 }, 3, 1);
 199     map = new Mapping(peptide2, mapList);
 200     product = new DBRefEntry("", "", "ENSP002", map);
 201     transcript2.addDBRef(product);
 202
 203     return alignment;
 204   }
 205
 206   /**
 207    * Test with 'gene' and 'transcript' mapped to the reverse strand of the
 208    * chromosome. The VCF variant positions (in forward coordinates) should get
 209    * correctly located on sequence positions.
 210    *
 211    * @throws IOException
 212    */
 213   @Test(groups = "Functional")
 214   public void testLoadVCF_reverseStrand() throws IOException
 215   {
 216     AlignmentI al = buildAlignment();
 217
 218     VCFLoader loader = new VCFLoader(al);
 219
 220     File f = makeVcf();
 221
 222     loader.loadVCF(f.getPath(), null);
 223
 224     /*
 225      * verify variant feature(s) added to gene2
 226      * gene/1-25 maps to chromosome 45051634- reverse strand
 227      * variants A/T at 45051611 and G/C at 45051613 map to
 228      * T/A and C/G at gene positions 24 and 22 respectively
 229      */
 230     List<SequenceFeature> geneFeatures = al.getSequenceAt(2)
 231             .getSequenceFeatures();
 232     assertEquals(geneFeatures.size(), 2);
 233     SequenceFeature sf = geneFeatures.get(0);
 234     assertEquals(sf.getFeatureGroup(), "VCF");
 235     assertEquals(sf.getBegin(), 22);
 236     assertEquals(sf.getEnd(), 22);
 237     assertEquals(sf.getType(), SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT);
 238     assertEquals(sf.getScore(), 3.08130e-03, 0.000001f);
 239     assertEquals("C,G", sf.getValue(Gff3Helper.ALLELES));
 240
 241     sf = geneFeatures.get(1);
 242     assertEquals(sf.getFeatureGroup(), "VCF");
 243     assertEquals(sf.getBegin(), 24);
 244     assertEquals(sf.getEnd(), 24);
 245     assertEquals(sf.getType(), SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT);
 246     assertEquals(sf.getScore(), 5.08130e-03, 0.000001f);
 247     assertEquals("T,A", sf.getValue(Gff3Helper.ALLELES));
 248
 249     /*
 250      * verify variant feature(s) added to transcript2
 251      * variant C/G at position 22 of gene overlaps and maps to
 252      * position 17 of transcript
 253      */
 254     List<SequenceFeature> transcriptFeatures = al.getSequenceAt(3)
 255             .getSequenceFeatures();
 256     assertEquals(transcriptFeatures.size(), 1);
 257     sf = transcriptFeatures.get(0);
 258     assertEquals(sf.getFeatureGroup(), "VCF");
 259     assertEquals(sf.getBegin(), 17);
 260     assertEquals(sf.getEnd(), 17);
 261     assertEquals(sf.getType(), SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT);
 262     assertEquals(sf.getScore(), 3.08130e-03, 0.000001f);
 263     assertEquals("C,G", sf.getValue(Gff3Helper.ALLELES));
 264
 265     /*
 266      * verify variant feature(s) computed and added to protein
 267      * last codon GCT varies to GGT giving A/G in the last peptide position
 268      */
 269     DBRefEntry[] dbRefs = al.getSequenceAt(3).getDBRefs();
 270     SequenceI peptide = null;
 271     for (DBRefEntry dbref : dbRefs)
 272     {
 273       if (dbref.getMap().getMap().getFromRatio() == 3)
 274       {
 275         peptide = dbref.getMap().getTo();
 276       }
 277     }
 278     List<SequenceFeature> proteinFeatures = peptide.getSequenceFeatures();
 279     assertEquals(proteinFeatures.size(), 1);
 280     sf = proteinFeatures.get(0);
 281     assertEquals(sf.getFeatureGroup(), "VCF");
 282     assertEquals(sf.getBegin(), 6);
 283     assertEquals(sf.getEnd(), 6);
 284     assertEquals(sf.getType(), SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT);
 285     assertEquals(sf.getDescription(), "p.Ala6Gly");
 286   }
 287 }