JAL-1705 refactoring etc for fetching Ensembl --> Uniprot
[jalview.git] / src / jalview / ext / ensembl / EnsemblSeqProxy.java
index 744aa49..4af6525 100644 (file)
@@ -13,11 +13,8 @@ import jalview.io.FastaFile;
 import jalview.io.FileParse;
 import jalview.io.gff.SequenceOntologyFactory;
 import jalview.io.gff.SequenceOntologyI;
-import jalview.schemes.ResidueProperties;
 import jalview.util.DBRefUtils;
 import jalview.util.MapList;
-import jalview.util.MappingUtils;
-import jalview.util.StringUtils;
 
 import java.io.IOException;
 import java.net.MalformedURLException;
@@ -26,19 +23,19 @@ import java.util.ArrayList;
 import java.util.Arrays;
 import java.util.Collections;
 import java.util.Comparator;
-import java.util.LinkedHashMap;
 import java.util.List;
-import java.util.Map.Entry;
 
 /**
  * Base class for Ensembl sequence fetchers
  * 
+ * @see http://rest.ensembl.org/documentation/info/sequence_id
  * @author gmcarstairs
  */
 public abstract class EnsemblSeqProxy extends EnsemblRestClient
 {
   private static final List<String> CROSS_REFERENCES = Arrays
-          .asList(new String[] { "CCDS" });
+          .asList(new String[] { "CCDS", "Uniprot/SWISSPROT",
+              "Uniprot/SPTREMBL" });
 
   protected static final String CONSEQUENCE_TYPE = "consequence_type";
 
@@ -46,33 +43,32 @@ public abstract class EnsemblSeqProxy extends EnsemblRestClient
 
   protected static final String ID = "ID";
 
-  /*
-   * this needs special handling, as it isA sequence_variant in the
-   * Sequence Ontology, but behaves in Ensembl as if it isA transcript
-   */
-  protected static final String NMD_VARIANT = "NMD_transcript_variant";
-
   protected static final String NAME = "Name";
 
+  protected static final String DESCRIPTION = "description";
+
+  /*
+   * enum for 'type' parameter to the /sequence REST service
+   */
   public enum EnsemblSeqType
   {
     /**
-     * type=genomic for the full dna including introns
+     * type=genomic to fetch full dna including introns
      */
     GENOMIC("genomic"),
 
     /**
-     * type=cdna for transcribed dna including UTRs
+     * type=cdna to fetch dna including UTRs
      */
     CDNA("cdna"),
 
     /**
-     * type=cds for coding dna excluding UTRs
+     * type=cds to fetch coding dna excluding UTRs
      */
     CDS("cds"),
 
     /**
-     * type=protein for the peptide product sequence
+     * type=protein to fetch peptide product sequence
      */
     PROTEIN("protein");
 
@@ -115,10 +111,19 @@ public abstract class EnsemblSeqProxy extends EnsemblRestClient
   }
 
   /**
-   * Constructor
+   * Default constructor (to use rest.ensembl.org)
    */
   public EnsemblSeqProxy()
   {
+    super();
+  }
+
+  /**
+   * Constructor given the target domain to fetch data from
+   */
+  public EnsemblSeqProxy(String d)
+  {
+    super(d);
   }
 
   /**
@@ -157,17 +162,14 @@ public abstract class EnsemblSeqProxy extends EnsemblRestClient
                 + ")";
         System.err.println(msg);
         break;
-        // if (alignment != null)
-        // {
-        // break; // return what we got
-        // }
-        // else
-        // {
-        // throw new JalviewException(msg, r);
-        // }
       }
     }
 
+    if (alignment == null)
+    {
+      return null;
+    }
+
     /*
      * fetch and transfer genomic sequence features,
      * fetch protein product and add as cross-reference
@@ -207,7 +209,7 @@ public abstract class EnsemblSeqProxy extends EnsemblRestClient
        * get 'dummy' genomic sequence with exon, cds and variation features
        */
       SequenceI genomicSequence = null;
-      EnsemblOverlap gffFetcher = new EnsemblOverlap();
+      EnsemblFeatures gffFetcher = new EnsemblFeatures(getDomain());
       EnsemblFeatureType[] features = getFeaturesToFetch();
       AlignmentI geneFeatures = gffFetcher.getSequenceRecords(accId,
               features);
@@ -257,10 +259,11 @@ public abstract class EnsemblSeqProxy extends EnsemblRestClient
     String accId = querySeq.getName();
     try
     {
-      AlignmentI protein = new EnsemblProtein().getSequenceRecords(accId);
+      AlignmentI protein = new EnsemblProtein(getDomain())
+              .getSequenceRecords(accId);
       if (protein == null || protein.getHeight() == 0)
       {
-        System.out.println("Failed to retrieve protein for " + accId);
+        System.out.println("No protein product found for " + accId);
         return;
       }
       SequenceI proteinSeq = protein.getSequenceAt(0);
@@ -271,19 +274,22 @@ public abstract class EnsemblSeqProxy extends EnsemblRestClient
       proteinSeq.createDatasetSequence();
       querySeq.createDatasetSequence();
 
-      MapList mapList = mapCdsToProtein(querySeq, proteinSeq);
+      MapList mapList = AlignmentUtils.mapCdsToProtein(querySeq, proteinSeq);
       if (mapList != null)
       {
-        Mapping map = new Mapping(proteinSeq.getDatasetSequence(), mapList);
+        // clunky: ensure Uniprot xref if we have one is on mapped sequence
+        SequenceI ds = proteinSeq.getDatasetSequence();
+        ds.setSourceDBRef(proteinSeq.getSourceDBRef());
+        Mapping map = new Mapping(ds, mapList);
         DBRefEntry dbr = new DBRefEntry(getDbSource(), getDbVersion(),
                 accId, map);
         querySeq.getDatasetSequence().addDBRef(dbr);
         
         /*
-         * compute peptide variants from dna variants and add as 
-         * sequence features on the protein sequence ta-da
+         * copy exon features to protein, compute peptide variants from dna 
+         * variants and add as features on the protein sequence ta-da
          */
-        computeProteinFeatures(querySeq, proteinSeq, mapList);
+        AlignmentUtils.computeProteinFeatures(querySeq, proteinSeq, mapList);
       }
     } catch (Exception e)
     {
@@ -294,8 +300,7 @@ public abstract class EnsemblSeqProxy extends EnsemblRestClient
   }
 
   /**
-   * Get Uniprot and PDB xrefs from Ensembl, and attach them to the protein
-   * sequence
+   * Get database xrefs from Ensembl, and attach them to the sequence
    * 
    * @param seq
    */
@@ -306,17 +311,26 @@ public abstract class EnsemblSeqProxy extends EnsemblRestClient
       seq = seq.getDatasetSequence();
     }
 
-    EnsemblXref xrefFetcher = new EnsemblXref();
+    EnsemblXref xrefFetcher = new EnsemblXref(getDomain());
     List<DBRefEntry> xrefs = xrefFetcher.getCrossReferences(seq.getName(),
             getCrossReferenceDatabases());
     for (DBRefEntry xref : xrefs)
     {
       seq.addDBRef(xref);
+      /*
+       * Save any Uniprot xref to be the reference for SIFTS mapping
+       */
+      if (DBRefSource.UNIPROT.equals(xref.getSource()))
+      {
+        seq.setSourceDBRef(xref);
+      }
     }
   }
 
   /**
    * Returns a list of database names to be used when fetching cross-references.
+   * Specifically, the names are used to filter data returned by the Ensembl
+   * xrefs REST service on the value in field 'dbname'.
    * 
    * @return
    */
@@ -326,103 +340,6 @@ public abstract class EnsemblSeqProxy extends EnsemblRestClient
   }
 
   /**
-   * Returns a mapping from dna to protein by inspecting sequence features of
-   * type "CDS" on the dna.
-   * 
-   * @param dnaSeq
-   * @param proteinSeq
-   * @return
-   */
-  protected MapList mapCdsToProtein(SequenceI dnaSeq, SequenceI proteinSeq)
-  {
-    List<int[]> ranges = new ArrayList<int[]>(50);
-
-    int mappedDnaLength = getCdsRanges(dnaSeq, ranges);
-
-    int proteinLength = proteinSeq.getLength();
-    List<int[]> proteinRange = new ArrayList<int[]>();
-    int proteinStart = 1;
-
-    /*
-     * incomplete start codon may mean X at start of peptide
-     * we ignore both for mapping purposes
-     */
-    if (proteinSeq.getCharAt(0) == 'X')
-    {
-      proteinStart = 2;
-      proteinLength--;
-    }
-    proteinRange.add(new int[] { proteinStart, proteinLength });
-
-    /*
-     * dna length should map to protein (or protein plus stop codon)
-     */
-    int codesForResidues = mappedDnaLength / 3;
-    if (codesForResidues == proteinLength
-            || codesForResidues == (proteinLength + 1))
-    {
-      return new MapList(ranges, proteinRange, 3, 1);
-    }
-    return null;
-  }
-
-  /**
-   * Adds CDS ranges to the ranges list, and returns the total length mapped
-   * from.
-   * 
-   * No need to worry about reverse strand dna, here since the retrieved
-   * sequence is as transcribed (reverse complement for reverse strand), i.e in
-   * the same sense as the peptide.
-   * 
-   * @param dnaSeq
-   * @param ranges
-   * @return
-   */
-  protected int getCdsRanges(SequenceI dnaSeq, List<int[]> ranges)
-  {
-    SequenceFeature[] sfs = dnaSeq.getSequenceFeatures();
-    if (sfs == null)
-    {
-      return 0;
-    }
-    int mappedDnaLength = 0;
-    for (SequenceFeature sf : sfs)
-    {
-      /*
-       * process a CDS feature (or a sub-type of CDS)
-       */
-      if (SequenceOntologyFactory.getInstance().isA(sf.getType(),
-              SequenceOntologyI.CDS))
-      {
-        int phase = 0;
-        try {
-          phase = Integer.parseInt(sf.getPhase());
-        } catch (NumberFormatException e)
-        {
-          // ignore
-        }
-        /*
-         * phase > 0 on first codon means 5' incomplete - skip to the start
-         * of the next codon; example ENST00000496384
-         */
-        int begin = sf.getBegin();
-        int end = sf.getEnd();
-        if (ranges.isEmpty() && phase > 0)
-        {
-          begin += phase;
-          if (begin > end)
-          {
-            continue; // shouldn't happen?
-          }
-        }
-        ranges.add(new int[] { begin, end });
-        mappedDnaLength += Math.abs(end - begin) + 1;
-      }
-    }
-    return mappedDnaLength;
-  }
-
-  /**
    * Fetches sequences for the list of accession ids and adds them to the
    * alignment. Returns the extended (or created) alignment.
    * 
@@ -506,7 +423,7 @@ public abstract class EnsemblSeqProxy extends EnsemblRestClient
      * multiple ids go in the POST body instead
      */
     StringBuffer urlstring = new StringBuffer(128);
-    urlstring.append(SEQUENCE_ID_URL);
+    urlstring.append(getDomain() + "/sequence/id");
     if (ids.size() == 1)
     {
       urlstring.append("/").append(ids.get(0));
@@ -712,18 +629,18 @@ public abstract class EnsemblSeqProxy extends EnsemblRestClient
       /*
        * for sequence_variant, make an additional feature with consequence
        */
-      if (SequenceOntologyFactory.getInstance().isA(sf.getType(),
-              SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT))
-      {
-        String consequence = (String) sf.getValue(CONSEQUENCE_TYPE);
-        if (consequence != null)
-        {
-          SequenceFeature sf2 = new SequenceFeature("consequence",
-                  consequence, copy.getBegin(), copy.getEnd(), 0f,
-                  null);
-          targetSequence.addSequenceFeature(sf2);
-        }
-      }
+      // if (SequenceOntologyFactory.getInstance().isA(sf.getType(),
+      // SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT))
+      // {
+      // String consequence = (String) sf.getValue(CONSEQUENCE_TYPE);
+      // if (consequence != null)
+      // {
+      // SequenceFeature sf2 = new SequenceFeature("consequence",
+      // consequence, copy.getBegin(), copy.getEnd(), 0f,
+      // null);
+      // targetSequence.addSequenceFeature(sf2);
+      // }
+      // }
     }
   }
 
@@ -743,6 +660,7 @@ public abstract class EnsemblSeqProxy extends EnsemblRestClient
       return false;
     }
 
+    // long start = System.currentTimeMillis();
     SequenceFeature[] sfs = sourceSequence.getSequenceFeatures();
     MapList mapping = getGenomicRangesFromFeatures(sourceSequence, accessionId,
             targetSequence.getStart());
@@ -751,7 +669,13 @@ public abstract class EnsemblSeqProxy extends EnsemblRestClient
       return false;
     }
 
-    return transferFeatures(sfs, targetSequence, mapping, accessionId);
+    boolean result = transferFeatures(sfs, targetSequence, mapping,
+            accessionId);
+    // System.out.println("transferFeatures (" + (sfs.length) + " --> "
+    // + targetSequence.getSequenceFeatures().length + ") to "
+    // + targetSequence.getName()
+    // + " took " + (System.currentTimeMillis() - start) + "ms");
+    return result;
   }
 
   /**
@@ -869,224 +793,6 @@ public abstract class EnsemblSeqProxy extends EnsemblRestClient
   }
 
   /**
-   * Maps exon features from dna to protein, and computes variants in peptide
-   * product generated by variants in dna, and adds them as sequence_variant
-   * features on the protein sequence. Returns the number of variant features
-   * added.
-   * 
-   * @param dnaSeq
-   * @param peptide
-   * @param dnaToProtein
-   */
-  static int computeProteinFeatures(SequenceI dnaSeq,
-          SequenceI peptide, MapList dnaToProtein)
-  {
-    while (dnaSeq.getDatasetSequence() != null)
-    {
-      dnaSeq = dnaSeq.getDatasetSequence();
-    }
-    while (peptide.getDatasetSequence() != null)
-    {
-      peptide = peptide.getDatasetSequence();
-    }
-  
-    AlignmentUtils.transferFeatures(dnaSeq, peptide, dnaToProtein,
-            SequenceOntologyI.EXON);
-
-    LinkedHashMap<Integer, String[][]> variants = buildDnaVariantsMap(
-            dnaSeq, dnaToProtein);
-  
-    /*
-     * scan codon variations, compute peptide variants and add to peptide sequence
-     */
-    int count = 0;
-    for (Entry<Integer, String[][]> variant : variants.entrySet())
-    {
-      int peptidePos = variant.getKey();
-      String[][] codonVariants = variant.getValue();
-      String residue = String.valueOf(peptide.getCharAt(peptidePos - 1)); // 0-based
-      List<String> peptideVariants = computePeptideVariants(codonVariants,
-              residue);
-      if (!peptideVariants.isEmpty())
-      {
-        String desc = StringUtils.listToDelimitedString(peptideVariants,
-                ", ");
-        SequenceFeature sf = new SequenceFeature(
-                SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT, desc, peptidePos,
-                peptidePos, 0f, null);
-        peptide.addSequenceFeature(sf);
-        count++;
-      }
-    }
-    return count;
-  }
-
-  /**
-   * Builds a map whose key is position in the protein sequence, and value is an
-   * array of all variants for the coding codon positions
-   * 
-   * @param dnaSeq
-   * @param dnaToProtein
-   * @return
-   */
-  static LinkedHashMap<Integer, String[][]> buildDnaVariantsMap(
-          SequenceI dnaSeq, MapList dnaToProtein)
-  {
-    /*
-     * map from peptide position to all variant features of the codon for it
-     * LinkedHashMap ensures we add the peptide features in sequence order
-     */
-    LinkedHashMap<Integer, String[][]> variants = new LinkedHashMap<Integer, String[][]>();
-    SequenceOntologyI so = SequenceOntologyFactory.getInstance();
-  
-    SequenceFeature[] dnaFeatures = dnaSeq.getSequenceFeatures();
-    if (dnaFeatures == null)
-    {
-      return variants;
-    }
-  
-    int dnaStart = dnaSeq.getStart();
-    int[] lastCodon = null;
-    int lastPeptidePostion = 0;
-  
-    /*
-     * build a map of codon variations for peptides
-     */
-    for (SequenceFeature sf : dnaFeatures)
-    {
-      int dnaCol = sf.getBegin();
-      if (dnaCol != sf.getEnd())
-      {
-        // not handling multi-locus variant features
-        continue;
-      }
-      if (so.isA(sf.getType(), SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT))
-      {
-        int[] mapsTo = dnaToProtein.locateInTo(dnaCol, dnaCol);
-        if (mapsTo == null)
-        {
-          // feature doesn't lie within coding region
-          continue;
-        }
-        int peptidePosition = mapsTo[0];
-        String[][] codonVariants = variants.get(peptidePosition);
-        if (codonVariants == null)
-        {
-          codonVariants = new String[3][];
-          variants.put(peptidePosition, codonVariants);
-        }
-  
-        /*
-         * extract dna variants to a string array
-         */
-        String alls = (String) sf.getValue("alleles");
-        if (alls == null)
-        {
-          continue;
-        }
-        String[] alleles = alls.split(",");
-  
-        /*
-         * get this peptides codon positions e.g. [3, 4, 5] or [4, 7, 10]
-         */
-        int[] codon = peptidePosition == lastPeptidePostion ? lastCodon
-                : MappingUtils.flattenRanges(dnaToProtein.locateInFrom(
-                        peptidePosition, peptidePosition));
-        lastPeptidePostion = peptidePosition;
-        lastCodon = codon;
-  
-        /*
-         * save nucleotide (and this variant) for each codon position
-         */
-        for (int codonPos = 0; codonPos < 3; codonPos++)
-        {
-          String nucleotide = String.valueOf(dnaSeq
-                  .getCharAt(codon[codonPos] - dnaStart));
-          if (codon[codonPos] == dnaCol)
-          {
-            /*
-             * record current dna base and its alleles
-             */
-            String[] dnaVariants = new String[alleles.length + 1];
-            dnaVariants[0] = nucleotide;
-            System.arraycopy(alleles, 0, dnaVariants, 1, alleles.length);
-            codonVariants[codonPos] = dnaVariants;
-          }
-          else if (codonVariants[codonPos] == null)
-          {
-            /*
-             * record current dna base only 
-             * (at least until we find any variation and overwrite it)
-             */
-            codonVariants[codonPos] = new String[] { nucleotide };
-          }
-        }
-      }
-    }
-    return variants;
-  }
-
-  /**
-   * Returns a sorted, non-redundant list of all peptide translations generated
-   * by the given dna variants, excluding the current residue value
-   * 
-   * @param codonVariants
-   *          an array of base values (acgtACGT) for codon positions 1, 2, 3
-   * @param residue
-   *          the current residue translation
-   * @return
-   */
-  static List<String> computePeptideVariants(
-          String[][] codonVariants, String residue)
-  {
-    List<String> result = new ArrayList<String>();
-    for (String base1 : codonVariants[0])
-    {
-      for (String base2 : codonVariants[1])
-      {
-        for (String base3 : codonVariants[2])
-        {
-          String codon = base1 + base2 + base3;
-          // TODO: report frameshift/insertion/deletion
-          // and multiple-base variants?!
-          String peptide = codon.contains("-") ? "-" : ResidueProperties
-                  .codonTranslate(codon);
-          if (peptide != null && !result.contains(peptide)
-                  && !peptide.equalsIgnoreCase(residue))
-          {
-            result.add(peptide);
-          }
-        }
-      }
-    }
-
-    /*
-     * sort alphabetically with STOP at the end
-     */
-    Collections.sort(result, new Comparator<String>()
-    {
-
-      @Override
-      public int compare(String o1, String o2)
-      {
-        if ("STOP".equals(o1))
-        {
-          return 1;
-        }
-        else if ("STOP".equals(o2))
-        {
-          return -1;
-        }
-        else
-        {
-          return o1.compareTo(o2);
-        }
-      }
-    });
-    return result;
-  }
-
-  /**
    * Answers true if the feature type is either 'NMD_transcript_variant' or
    * 'transcript' or one of its sub-types in the Sequence Ontology. This is
    * needed because NMD_transcript_variant behaves like 'transcript' in Ensembl
@@ -1098,7 +804,7 @@ public abstract class EnsemblSeqProxy extends EnsemblRestClient
    */
   public static boolean isTranscript(String featureType)
   {
-    return NMD_VARIANT.equals(featureType)
+    return SequenceOntologyI.NMD_TRANSCRIPT_VARIANT.equals(featureType)
             || SequenceOntologyFactory.getInstance().isA(featureType,
                     SequenceOntologyI.TRANSCRIPT);
   }