JAL-3940 update 2.11.2 release notes for 2.11.1.7 patch release (again)
[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         /*
1465          * Find matching annotations on the alignment. If none is found, then
1466          * add this annotation to the list of 'addable' annotations for this
1467          * sequence.
1468          */
1469         final Iterable<AlignmentAnnotation> matchedAlignmentAnnotations = al
1470                 .findAnnotations(seq, dsann.getCalcId(), dsann.label);
1471         if (!matchedAlignmentAnnotations.iterator().hasNext())
1472         {
1473           result.add(dsann);
1474           if (labelForCalcId != null)
1475           {
1476             labelForCalcId.put(dsann.getCalcId(), dsann.label);
1477           }
1478         }
1479       }
1480       /*
1481        * Save any addable annotations for this sequence
1482        */
1483       if (!result.isEmpty())
1484       {
1485         candidates.put(seq, result);
1486       }
1487     }
1488   }
1489
1490   /**
1491    * Adds annotations to the top of the alignment annotations, in the same order
1492    * as their related sequences.
1493    * 
1494    * @param annotations
1495    *          the annotations to add
1496    * @param alignment
1497    *          the alignment to add them to
1498    * @param selectionGroup
1499    *          current selection group (or null if none)
1500    */
1501   public static void addReferenceAnnotations(
1502           Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> annotations,
1503           final AlignmentI alignment, final SequenceGroup selectionGroup)
1504   {
1505     for (SequenceI seq : annotations.keySet())
1506     {
1507       for (AlignmentAnnotation ann : annotations.get(seq))
1508       {
1509         AlignmentAnnotation copyAnn = new AlignmentAnnotation(ann);
1510         int startRes = 0;
1511         int endRes = ann.annotations.length;
1512         if (selectionGroup != null)
1513         {
1514           startRes = selectionGroup.getStartRes();
1515           endRes = selectionGroup.getEndRes();
1516         }
1517         copyAnn.restrict(startRes, endRes);
1518
1519         /*
1520          * Add to the sequence (sets copyAnn.datasetSequence), unless the
1521          * original annotation is already on the sequence.
1522          */
1523         if (!seq.hasAnnotation(ann))
1524         {
1525           seq.addAlignmentAnnotation(copyAnn);
1526         }
1527         // adjust for gaps
1528         copyAnn.adjustForAlignment();
1529         // add to the alignment and set visible
1530         alignment.addAnnotation(copyAnn);
1531         copyAnn.visible = true;
1532       }
1533     }
1534   }
1535
1536   /**
1537    * Set visibility of alignment annotations of specified types (labels), for
1538    * specified sequences. This supports controls like "Show all secondary
1539    * structure", "Hide all Temp factor", etc.
1540    * 
1541    * @al the alignment to scan for annotations
1542    * @param types
1543    *          the types (labels) of annotations to be updated
1544    * @param forSequences
1545    *          if not null, only annotations linked to one of these sequences are
1546    *          in scope for update; if null, acts on all sequence annotations
1547    * @param anyType
1548    *          if this flag is true, 'types' is ignored (label not checked)
1549    * @param doShow
1550    *          if true, set visibility on, else set off
1551    */
1552   public static void showOrHideSequenceAnnotations(AlignmentI al,
1553           Collection<String> types, List<SequenceI> forSequences,
1554           boolean anyType, boolean doShow)
1555   {
1556     AlignmentAnnotation[] anns = al.getAlignmentAnnotation();
1557     if (anns != null)
1558     {
1559       for (AlignmentAnnotation aa : anns)
1560       {
1561         if (anyType || types.contains(aa.label))
1562         {
1563           if ((aa.sequenceRef != null) && (forSequences == null
1564                   || forSequences.contains(aa.sequenceRef)))
1565           {
1566             aa.visible = doShow;
1567           }
1568         }
1569       }
1570     }
1571   }
1572
1573   /**
1574    * Returns true if either sequence has a cross-reference to the other
1575    * 
1576    * @param seq1
1577    * @param seq2
1578    * @return
1579    */
1580   public static boolean haveCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1581   {
1582     // Note: moved here from class CrossRef as the latter class has dependencies
1583     // not availability to the applet's classpath
1584     return hasCrossRef(seq1, seq2) || hasCrossRef(seq2, seq1);
1585   }
1586
1587   /**
1588    * Returns true if seq1 has a cross-reference to seq2. Currently this assumes
1589    * that sequence name is structured as Source|AccessionId.
1590    * 
1591    * @param seq1
1592    * @param seq2
1593    * @return
1594    */
1595   public static boolean hasCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1596   {
1597     if (seq1 == null || seq2 == null)
1598     {
1599       return false;
1600     }
1601     String name = seq2.getName();
1602     final List<DBRefEntry> xrefs = seq1.getDBRefs();
1603     if (xrefs != null)
1604     {
1605       for (int ix = 0, nx = xrefs.size(); ix < nx; ix++)
1606       {
1607         DBRefEntry xref = xrefs.get(ix);
1608         String xrefName = xref.getSource() + "|" + xref.getAccessionId();
1609         // case-insensitive test, consistent with DBRefEntry.equalRef()
1610         if (xrefName.equalsIgnoreCase(name))
1611         {
1612           return true;
1613         }
1614       }
1615     }
1616     return false;
1617   }
1618
1619   /**
1620    * Constructs an alignment consisting of the mapped (CDS) regions in the given
1621    * nucleotide sequences, and updates mappings to match. The CDS sequences are
1622    * added to the original alignment's dataset, which is shared by the new
1623    * alignment. Mappings from nucleotide to CDS, and from CDS to protein, are
1624    * added to the alignment dataset.
1625    * 
1626    * @param dna
1627    *          aligned nucleotide (dna or cds) sequences
1628    * @param dataset
1629    *          the alignment dataset the sequences belong to
1630    * @param products
1631    *          (optional) to restrict results to CDS that map to specified
1632    *          protein products
1633    * @return an alignment whose sequences are the cds-only parts of the dna
1634    *         sequences (or null if no mappings are found)
1635    */
1636   public static AlignmentI makeCdsAlignment(SequenceI[] dna,
1637           AlignmentI dataset, SequenceI[] products)
1638   {
1639     if (dataset == null || dataset.getDataset() != null)
1640     {
1641       throw new IllegalArgumentException(
1642               "IMPLEMENTATION ERROR: dataset.getDataset() must be null!");
1643     }
1644     List<SequenceI> foundSeqs = new ArrayList<>();
1645     List<SequenceI> cdsSeqs = new ArrayList<>();
1646     List<AlignedCodonFrame> mappings = dataset.getCodonFrames();
1647     HashSet<SequenceI> productSeqs = null;
1648     if (products != null)
1649     {
1650       productSeqs = new HashSet<>();
1651       for (SequenceI seq : products)
1652       {
1653         productSeqs.add(seq.getDatasetSequence() == null ? seq : seq
1654                 .getDatasetSequence());
1655       }
1656     }
1657
1658     /*
1659      * Construct CDS sequences from mappings on the alignment dataset.
1660      * The logic is:
1661      * - find the protein product(s) mapped to from each dna sequence
1662      * - if the mapping covers the whole dna sequence (give or take start/stop
1663      *   codon), take the dna as the CDS sequence
1664      * - else search dataset mappings for a suitable dna sequence, i.e. one
1665      *   whose whole sequence is mapped to the protein 
1666      * - if no sequence found, construct one from the dna sequence and mapping
1667      *   (and add it to dataset so it is found if this is repeated)
1668      */
1669     for (SequenceI dnaSeq : dna)
1670     {
1671       SequenceI dnaDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1672               : dnaSeq.getDatasetSequence();
1673
1674       List<AlignedCodonFrame> seqMappings = MappingUtils
1675               .findMappingsForSequence(dnaSeq, mappings);
1676       for (AlignedCodonFrame mapping : seqMappings)
1677       {
1678         List<Mapping> mappingsFromSequence = mapping
1679                 .getMappingsFromSequence(dnaSeq);
1680
1681         for (Mapping aMapping : mappingsFromSequence)
1682         {
1683           MapList mapList = aMapping.getMap();
1684           if (mapList.getFromRatio() == 1)
1685           {
1686             /*
1687              * not a dna-to-protein mapping (likely dna-to-cds)
1688              */
1689             continue;
1690           }
1691
1692           /*
1693            * skip if mapping is not to one of the target set of proteins
1694            */
1695           SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1696           if (productSeqs != null && !productSeqs.contains(proteinProduct))
1697           {
1698             continue;
1699           }
1700
1701           /*
1702            * try to locate the CDS from the dataset mappings;
1703            * guard against duplicate results (for the case that protein has
1704            * dbrefs to both dna and cds sequences)
1705            */
1706           SequenceI cdsSeq = findCdsForProtein(mappings, dnaSeq,
1707                   seqMappings, aMapping);
1708           if (cdsSeq != null)
1709           {
1710             if (!foundSeqs.contains(cdsSeq))
1711             {
1712               foundSeqs.add(cdsSeq);
1713               SequenceI derivedSequence = cdsSeq.deriveSequence();
1714               cdsSeqs.add(derivedSequence);
1715               if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeq))
1716               {
1717                 dataset.addSequence(cdsSeq);
1718               }
1719             }
1720             continue;
1721           }
1722
1723           /*
1724            * didn't find mapped CDS sequence - construct it and add
1725            * its dataset sequence to the dataset
1726            */
1727           cdsSeq = makeCdsSequence(dnaSeq.getDatasetSequence(), aMapping,
1728                   dataset).deriveSequence();
1729           // cdsSeq has a name constructed as CDS|<dbref>
1730           // <dbref> will be either the accession for the coding sequence,
1731           // marked in the /via/ dbref to the protein product accession
1732           // or it will be the original nucleotide accession.
1733           SequenceI cdsSeqDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
1734
1735           cdsSeqs.add(cdsSeq);
1736
1737           /*
1738            * build the mapping from CDS to protein
1739            */
1740           List<int[]> cdsRange = Collections
1741                   .singletonList(new int[]
1742                   { cdsSeq.getStart(),
1743                       cdsSeq.getLength() + cdsSeq.getStart() - 1 });
1744           MapList cdsToProteinMap = new MapList(cdsRange,
1745                   mapList.getToRanges(), mapList.getFromRatio(),
1746                   mapList.getToRatio());
1747
1748           if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeqDss))
1749           {
1750             /*
1751              * if this sequence is a newly created one, add it to the dataset
1752              * and made a CDS to protein mapping (if sequence already exists,
1753              * CDS-to-protein mapping _is_ the transcript-to-protein mapping)
1754              */
1755             dataset.addSequence(cdsSeqDss);
1756             AlignedCodonFrame cdsToProteinMapping = new AlignedCodonFrame();
1757             cdsToProteinMapping.addMap(cdsSeqDss, proteinProduct,
1758                   cdsToProteinMap);
1759
1760             /*
1761              * guard against duplicating the mapping if repeating this action
1762              */
1763             if (!mappings.contains(cdsToProteinMapping))
1764             {
1765               mappings.add(cdsToProteinMapping);
1766             }
1767           }
1768
1769           propagateDBRefsToCDS(cdsSeqDss, dnaSeq.getDatasetSequence(),
1770                   proteinProduct, aMapping);
1771           /*
1772            * add another mapping from original 'from' range to CDS
1773            */
1774           AlignedCodonFrame dnaToCdsMapping = new AlignedCodonFrame();
1775           final MapList dnaToCdsMap = new MapList(mapList.getFromRanges(),
1776                   cdsRange, 1, 1);
1777           dnaToCdsMapping.addMap(dnaSeq.getDatasetSequence(), cdsSeqDss,
1778                   dnaToCdsMap);
1779           if (!mappings.contains(dnaToCdsMapping))
1780           {
1781             mappings.add(dnaToCdsMapping);
1782           }
1783
1784           /*
1785            * transfer dna chromosomal loci (if known) to the CDS
1786            * sequence (via the mapping)
1787            */
1788           final MapList cdsToDnaMap = dnaToCdsMap.getInverse();
1789           transferGeneLoci(dnaSeq, cdsToDnaMap, cdsSeq);
1790
1791           /*
1792            * add DBRef with mapping from protein to CDS
1793            * (this enables Get Cross-References from protein alignment)
1794            * This is tricky because we can't have two DBRefs with the
1795            * same source and accession, so need a different accession for
1796            * the CDS from the dna sequence
1797            */
1798
1799           // specific use case:
1800           // Genomic contig ENSCHR:1, contains coding regions for ENSG01,
1801           // ENSG02, ENSG03, with transcripts and products similarly named.
1802           // cannot add distinct dbrefs mapping location on ENSCHR:1 to ENSG01
1803
1804           // JBPNote: ?? can't actually create an example that demonstrates we
1805           // need to
1806           // synthesize an xref.
1807
1808           List<DBRefEntry> primrefs = dnaDss.getPrimaryDBRefs();
1809           for (int ip = 0, np = primrefs.size(); ip < np; ip++)
1810           {
1811                   DBRefEntry primRef = primrefs.get(ip);
1812             /*
1813              * create a cross-reference from CDS to the source sequence's
1814              * primary reference and vice versa
1815              */
1816             String source = primRef.getSource();
1817             String version = primRef.getVersion();
1818             DBRefEntry cdsCrossRef = new DBRefEntry(source, source + ":"
1819                     + version, primRef.getAccessionId());
1820             cdsCrossRef.setMap(new Mapping(dnaDss, new MapList(cdsToDnaMap)));
1821             cdsSeqDss.addDBRef(cdsCrossRef);
1822
1823             dnaSeq.addDBRef(new DBRefEntry(source, version, cdsSeq
1824                     .getName(), new Mapping(cdsSeqDss, dnaToCdsMap)));
1825             // problem here is that the cross-reference is synthesized -
1826             // cdsSeq.getName() may be like 'CDS|dnaaccession' or
1827             // 'CDS|emblcdsacc'
1828             // assuming cds version same as dna ?!?
1829
1830             DBRefEntry proteinToCdsRef = new DBRefEntry(source, version,
1831                     cdsSeq.getName());
1832             //
1833             proteinToCdsRef.setMap(new Mapping(cdsSeqDss, cdsToProteinMap
1834                     .getInverse()));
1835             proteinProduct.addDBRef(proteinToCdsRef);
1836           }
1837           /*
1838            * transfer any features on dna that overlap the CDS
1839            */
1840           transferFeatures(dnaSeq, cdsSeq, dnaToCdsMap, null,
1841                   SequenceOntologyI.CDS);
1842         }
1843       }
1844     }
1845
1846     AlignmentI cds = new Alignment(cdsSeqs.toArray(new SequenceI[cdsSeqs
1847             .size()]));
1848     cds.setDataset(dataset);
1849
1850     return cds;
1851   }
1852
1853   /**
1854    * Tries to transfer gene loci (dbref to chromosome positions) from fromSeq to
1855    * toSeq, mediated by the given mapping between the sequences
1856    * 
1857    * @param fromSeq
1858    * @param targetToFrom
1859    *          Map
1860    * @param targetSeq
1861    */
1862   protected static void transferGeneLoci(SequenceI fromSeq,
1863           MapList targetToFrom, SequenceI targetSeq)
1864   {
1865     if (targetSeq.getGeneLoci() != null)
1866     {
1867       // already have - don't override
1868       return;
1869     }
1870     GeneLociI fromLoci = fromSeq.getGeneLoci();
1871     if (fromLoci == null)
1872     {
1873       return;
1874     }
1875
1876     MapList newMap = targetToFrom.traverse(fromLoci.getMapping());
1877
1878     if (newMap != null)
1879     {
1880       targetSeq.setGeneLoci(fromLoci.getSpeciesId(),
1881               fromLoci.getAssemblyId(), fromLoci.getChromosomeId(), newMap);
1882     }
1883   }
1884
1885   /**
1886    * A helper method that finds a CDS sequence in the alignment dataset that is
1887    * mapped to the given protein sequence, and either is, or has a mapping from,
1888    * the given dna sequence.
1889    * 
1890    * @param mappings
1891    *          set of all mappings on the dataset
1892    * @param dnaSeq
1893    *          a dna (or cds) sequence we are searching from
1894    * @param seqMappings
1895    *          the set of mappings involving dnaSeq
1896    * @param aMapping
1897    *          a transcript-to-peptide mapping
1898    * @return
1899    */
1900   static SequenceI findCdsForProtein(List<AlignedCodonFrame> mappings,
1901           SequenceI dnaSeq, List<AlignedCodonFrame> seqMappings,
1902           Mapping aMapping)
1903   {
1904     /*
1905      * TODO a better dna-cds-protein mapping data representation to allow easy
1906      * navigation; until then this clunky looping around lists of mappings
1907      */
1908     SequenceI seqDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1909             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1910     SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1911
1912     /*
1913      * is this mapping from the whole dna sequence (i.e. CDS)?
1914      * allowing for possible stop codon on dna but not peptide
1915      */
1916     int mappedFromLength = MappingUtils
1917             .getLength(aMapping.getMap().getFromRanges());
1918     int dnaLength = seqDss.getLength();
1919     if (mappedFromLength == dnaLength
1920             || mappedFromLength == dnaLength - CODON_LENGTH)
1921     {
1922       /*
1923        * if sequence has CDS features, this is a transcript with no UTR
1924        * - do not take this as the CDS sequence! (JAL-2789)
1925        */
1926       if (seqDss.getFeatures().getFeaturesByOntology(SequenceOntologyI.CDS)
1927               .isEmpty())
1928       {
1929         return seqDss;
1930       }
1931     }
1932
1933     /*
1934      * looks like we found the dna-to-protein mapping; search for the
1935      * corresponding cds-to-protein mapping
1936      */
1937     List<AlignedCodonFrame> mappingsToPeptide = MappingUtils
1938             .findMappingsForSequence(proteinProduct, mappings);
1939     for (AlignedCodonFrame acf : mappingsToPeptide)
1940     {
1941       for (SequenceToSequenceMapping map : acf.getMappings())
1942       {
1943         Mapping mapping = map.getMapping();
1944         if (mapping != aMapping
1945                 && mapping.getMap().getFromRatio() == CODON_LENGTH
1946                 && proteinProduct == mapping.getTo()
1947                 && seqDss != map.getFromSeq())
1948         {
1949           mappedFromLength = MappingUtils
1950                   .getLength(mapping.getMap().getFromRanges());
1951           if (mappedFromLength == map.getFromSeq().getLength())
1952           {
1953             /*
1954             * found a 3:1 mapping to the protein product which covers
1955             * the whole dna sequence i.e. is from CDS; finally check the CDS
1956             * is mapped from the given dna start sequence
1957             */
1958             SequenceI cdsSeq = map.getFromSeq();
1959             // todo this test is weak if seqMappings contains multiple mappings;
1960             // we get away with it if transcript:cds relationship is 1:1
1961             List<AlignedCodonFrame> dnaToCdsMaps = MappingUtils
1962                     .findMappingsForSequence(cdsSeq, seqMappings);
1963             if (!dnaToCdsMaps.isEmpty())
1964             {
1965               return cdsSeq;
1966             }
1967           }
1968         }
1969       }
1970     }
1971     return null;
1972   }
1973
1974   /**
1975    * Helper method that makes a CDS sequence as defined by the mappings from the
1976    * given sequence i.e. extracts the 'mapped from' ranges (which may be on
1977    * forward or reverse strand).
1978    * 
1979    * @param seq
1980    * @param mapping
1981    * @param dataset
1982    *          - existing dataset. We check for sequences that look like the CDS
1983    *          we are about to construct, if one exists already, then we will
1984    *          just return that one.
1985    * @return CDS sequence (as a dataset sequence)
1986    */
1987   static SequenceI makeCdsSequence(SequenceI seq, Mapping mapping,
1988           AlignmentI dataset)
1989   {
1990     /*
1991      * construct CDS sequence name as "CDS|" with 'from id' held in the mapping
1992      * if set (e.g. EMBL protein_id), else sequence name appended
1993      */
1994     String mapFromId = mapping.getMappedFromId();
1995     final String seqId = "CDS|"
1996             + (mapFromId != null ? mapFromId : seq.getName());
1997
1998     SequenceI newSeq = null;
1999
2000     final MapList maplist = mapping.getMap();
2001     if (maplist.isContiguous() && maplist.isFromForwardStrand())
2002     {
2003       /*
2004        * just a subsequence, keep same dataset sequence
2005        */
2006       int start = maplist.getFromLowest();
2007       int end = maplist.getFromHighest();
2008       newSeq = seq.getSubSequence(start - 1, end);
2009       newSeq.setName(seqId);
2010     }
2011     else
2012     {
2013       /*
2014        * construct by splicing mapped from ranges
2015        */
2016       char[] seqChars = seq.getSequence();
2017       List<int[]> fromRanges = maplist.getFromRanges();
2018       int cdsWidth = MappingUtils.getLength(fromRanges);
2019       char[] newSeqChars = new char[cdsWidth];
2020
2021       int newPos = 0;
2022       for (int[] range : fromRanges)
2023       {
2024         if (range[0] <= range[1])
2025         {
2026           // forward strand mapping - just copy the range
2027           int length = range[1] - range[0] + 1;
2028           System.arraycopy(seqChars, range[0] - 1, newSeqChars, newPos,
2029                   length);
2030           newPos += length;
2031         }
2032         else
2033         {
2034           // reverse strand mapping - copy and complement one by one
2035           for (int i = range[0]; i >= range[1]; i--)
2036           {
2037             newSeqChars[newPos++] = Dna.getComplement(seqChars[i - 1]);
2038           }
2039         }
2040       }
2041
2042       newSeq = new Sequence(seqId, newSeqChars, 1, newPos);
2043     }
2044
2045     if (dataset != null)
2046     {
2047       SequenceI[] matches = dataset.findSequenceMatch(newSeq.getName());
2048       if (matches != null)
2049       {
2050         boolean matched = false;
2051         for (SequenceI mtch : matches)
2052         {
2053           if (mtch.getStart() != newSeq.getStart())
2054           {
2055             continue;
2056           }
2057           if (mtch.getEnd() != newSeq.getEnd())
2058           {
2059             continue;
2060           }
2061           if (!Arrays.equals(mtch.getSequence(), newSeq.getSequence()))
2062           {
2063             continue;
2064           }
2065           if (!matched)
2066           {
2067             matched = true;
2068             newSeq = mtch;
2069           }
2070           else
2071           {
2072             System.err.println(
2073                     "JAL-2154 regression: warning - found (and ignnored a duplicate CDS sequence):"
2074                             + mtch.toString());
2075           }
2076         }
2077       }
2078     }
2079     // newSeq.setDescription(mapFromId);
2080
2081     return newSeq;
2082   }
2083
2084   /**
2085    * Adds any DBRefEntrys to cdsSeq from contig that have a Mapping congruent to
2086    * the given mapping.
2087    * 
2088    * @param cdsSeq
2089    * @param contig
2090    * @param proteinProduct
2091    * @param mapping
2092    * @return list of DBRefEntrys added
2093    */
2094   protected static List<DBRefEntry> propagateDBRefsToCDS(SequenceI cdsSeq,
2095           SequenceI contig, SequenceI proteinProduct, Mapping mapping)
2096   {
2097
2098     // gather direct refs from contig congruent with mapping
2099     List<DBRefEntry> direct = new ArrayList<>();
2100     HashSet<String> directSources = new HashSet<>();
2101
2102     List<DBRefEntry> refs = contig.getDBRefs();
2103     if (refs != null)
2104     {
2105       for (int ib = 0, nb = refs.size(); ib < nb; ib++)
2106       {
2107         DBRefEntry dbr = refs.get(ib);
2108         MapList map;
2109         if (dbr.hasMap() && (map = dbr.getMap().getMap()).isTripletMap())
2110         {
2111           // check if map is the CDS mapping
2112           if (mapping.getMap().equals(map))
2113           {
2114             direct.add(dbr);
2115             directSources.add(dbr.getSource());
2116           }
2117         }
2118       }
2119     }
2120     List<DBRefEntry> onSource = DBRefUtils.selectRefs(
2121             proteinProduct.getDBRefs(),
2122             directSources.toArray(new String[0]));
2123     List<DBRefEntry> propagated = new ArrayList<>();
2124
2125     // and generate appropriate mappings
2126     for (int ic = 0, nc = direct.size(); ic < nc; ic++)
2127     {
2128       DBRefEntry cdsref = direct.get(ic);
2129       Mapping m = cdsref.getMap();
2130       // clone maplist and mapping
2131       MapList cdsposmap = new MapList(
2132               Arrays.asList(new int[][]
2133               { new int[] { cdsSeq.getStart(), cdsSeq.getEnd() } }),
2134               m.getMap().getToRanges(), 3, 1);
2135       Mapping cdsmap = new Mapping(m.getTo(), m.getMap());
2136
2137       // create dbref
2138       DBRefEntry newref = new DBRefEntry(cdsref.getSource(),
2139               cdsref.getVersion(), cdsref.getAccessionId(),
2140               new Mapping(cdsmap.getTo(), cdsposmap));
2141
2142       // and see if we can map to the protein product for this mapping.
2143       // onSource is the filtered set of accessions on protein that we are
2144       // tranferring, so we assume accession is the same.
2145       if (cdsmap.getTo() == null && onSource != null)
2146       {
2147         List<DBRefEntry> sourceRefs = DBRefUtils.searchRefs(onSource,
2148                 cdsref.getAccessionId());
2149         if (sourceRefs != null)
2150         {
2151           for (DBRefEntry srcref : sourceRefs)
2152           {
2153             if (srcref.getSource().equalsIgnoreCase(cdsref.getSource()))
2154             {
2155               // we have found a complementary dbref on the protein product, so
2156               // update mapping's getTo
2157               newref.getMap().setTo(proteinProduct);
2158             }
2159           }
2160         }
2161       }
2162       cdsSeq.addDBRef(newref);
2163       propagated.add(newref);
2164     }
2165     return propagated;
2166   }
2167
2168   /**
2169    * Transfers co-located features on 'fromSeq' to 'toSeq', adjusting the
2170    * feature start/end ranges, optionally omitting specified feature types.
2171    * Returns the number of features copied.
2172    * 
2173    * @param fromSeq
2174    * @param toSeq
2175    * @param mapping
2176    *          the mapping from 'fromSeq' to 'toSeq'
2177    * @param select
2178    *          if not null, only features of this type are copied (including
2179    *          subtypes in the Sequence Ontology)
2180    * @param omitting
2181    */
2182   protected static int transferFeatures(SequenceI fromSeq, SequenceI toSeq,
2183           MapList mapping, String select, String... omitting)
2184   {
2185     SequenceI copyTo = toSeq;
2186     while (copyTo.getDatasetSequence() != null)
2187     {
2188       copyTo = copyTo.getDatasetSequence();
2189     }
2190     if (fromSeq == copyTo || fromSeq.getDatasetSequence() == copyTo)
2191     {
2192       return 0; // shared dataset sequence
2193     }
2194
2195     /*
2196      * get features, optionally restricted by an ontology term
2197      */
2198     List<SequenceFeature> sfs = select == null ? fromSeq.getFeatures()
2199             .getPositionalFeatures() : fromSeq.getFeatures()
2200             .getFeaturesByOntology(select);
2201
2202     int count = 0;
2203     for (SequenceFeature sf : sfs)
2204     {
2205       String type = sf.getType();
2206       boolean omit = false;
2207       for (String toOmit : omitting)
2208       {
2209         if (type.equals(toOmit))
2210         {
2211           omit = true;
2212         }
2213       }
2214       if (omit)
2215       {
2216         continue;
2217       }
2218
2219       /*
2220        * locate the mapped range - null if either start or end is
2221        * not mapped (no partial overlaps are calculated)
2222        */
2223       int start = sf.getBegin();
2224       int end = sf.getEnd();
2225       int[] mappedTo = mapping.locateInTo(start, end);
2226       /*
2227        * if whole exon range doesn't map, try interpreting it
2228        * as 5' or 3' exon overlapping the CDS range
2229        */
2230       if (mappedTo == null)
2231       {
2232         mappedTo = mapping.locateInTo(end, end);
2233         if (mappedTo != null)
2234         {
2235           /*
2236            * end of exon is in CDS range - 5' overlap
2237            * to a range from the start of the peptide
2238            */
2239           mappedTo[0] = 1;
2240         }
2241       }
2242       if (mappedTo == null)
2243       {
2244         mappedTo = mapping.locateInTo(start, start);
2245         if (mappedTo != null)
2246         {
2247           /*
2248            * start of exon is in CDS range - 3' overlap
2249            * to a range up to the end of the peptide
2250            */
2251           mappedTo[1] = toSeq.getLength();
2252         }
2253       }
2254       if (mappedTo != null)
2255       {
2256         int newBegin = Math.min(mappedTo[0], mappedTo[1]);
2257         int newEnd = Math.max(mappedTo[0], mappedTo[1]);
2258         SequenceFeature copy = new SequenceFeature(sf, newBegin, newEnd,
2259                 sf.getFeatureGroup(), sf.getScore());
2260         copyTo.addSequenceFeature(copy);
2261         count++;
2262       }
2263     }
2264     return count;
2265   }
2266
2267   /**
2268    * Returns a mapping from dna to protein by inspecting sequence features of
2269    * type "CDS" on the dna. A mapping is constructed if the total CDS feature
2270    * length is 3 times the peptide length (optionally after dropping a trailing
2271    * stop codon). This method does not check whether the CDS nucleotide sequence
2272    * translates to the peptide sequence.
2273    * 
2274    * @param dnaSeq
2275    * @param proteinSeq
2276    * @return
2277    */
2278   public static MapList mapCdsToProtein(SequenceI dnaSeq,
2279           SequenceI proteinSeq)
2280   {
2281     List<int[]> ranges = findCdsPositions(dnaSeq);
2282     int mappedDnaLength = MappingUtils.getLength(ranges);
2283
2284     /*
2285      * if not a whole number of codons, truncate mapping
2286      */
2287     int codonRemainder = mappedDnaLength % CODON_LENGTH;
2288     if (codonRemainder > 0)
2289     {
2290       mappedDnaLength -= codonRemainder;
2291       MappingUtils.removeEndPositions(codonRemainder, ranges);
2292     }
2293
2294     int proteinLength = proteinSeq.getLength();
2295     int proteinStart = proteinSeq.getStart();
2296     int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
2297
2298     /*
2299      * incomplete start codon may mean X at start of peptide
2300      * we ignore both for mapping purposes
2301      */
2302     if (proteinSeq.getCharAt(0) == 'X')
2303     {
2304       // todo JAL-2022 support startPhase > 0
2305       proteinStart++;
2306       proteinLength--;
2307     }
2308     List<int[]> proteinRange = new ArrayList<>();
2309
2310     /*
2311      * dna length should map to protein (or protein plus stop codon)
2312      */
2313     int codesForResidues = mappedDnaLength / CODON_LENGTH;
2314     if (codesForResidues == (proteinLength + 1))
2315     {
2316       // assuming extra codon is for STOP and not in peptide
2317       // todo: check trailing codon is indeed a STOP codon
2318       codesForResidues--;
2319       mappedDnaLength -= CODON_LENGTH;
2320       MappingUtils.removeEndPositions(CODON_LENGTH, ranges);
2321     }
2322
2323     if (codesForResidues == proteinLength)
2324     {
2325       proteinRange.add(new int[] { proteinStart, proteinEnd });
2326       return new MapList(ranges, proteinRange, CODON_LENGTH, 1);
2327     }
2328     return null;
2329   }
2330
2331   /**
2332    * Returns a list of CDS ranges found (as sequence positions base 1), i.e. of
2333    * [start, end] positions of sequence features of type "CDS" (or a sub-type of
2334    * CDS in the Sequence Ontology). The ranges are sorted into ascending start
2335    * position order, so this method is only valid for linear CDS in the same
2336    * sense as the protein product.
2337    * 
2338    * @param dnaSeq
2339    * @return
2340    */
2341   protected static List<int[]> findCdsPositions(SequenceI dnaSeq)
2342   {
2343     List<int[]> result = new ArrayList<>();
2344
2345     List<SequenceFeature> sfs = dnaSeq.getFeatures().getFeaturesByOntology(
2346             SequenceOntologyI.CDS);
2347     if (sfs.isEmpty())
2348     {
2349       return result;
2350     }
2351     SequenceFeatures.sortFeatures(sfs, true);
2352
2353     for (SequenceFeature sf : sfs)
2354     {
2355       int phase = 0;
2356       try
2357       {
2358         String s = sf.getPhase();
2359         if (s != null) 
2360         {
2361                 phase = Integer.parseInt(s);
2362         }
2363       } catch (NumberFormatException e)
2364       {
2365         // leave as zero
2366       }
2367       /*
2368        * phase > 0 on first codon means 5' incomplete - skip to the start
2369        * of the next codon; example ENST00000496384
2370        */
2371       int begin = sf.getBegin();
2372       int end = sf.getEnd();
2373       if (result.isEmpty() && phase > 0)
2374       {
2375         begin += phase;
2376         if (begin > end)
2377         {
2378           // shouldn't happen!
2379           System.err
2380                   .println("Error: start phase extends beyond start CDS in "
2381                           + dnaSeq.getName());
2382         }
2383       }
2384       result.add(new int[] { begin, end });
2385     }
2386
2387     /*
2388      * Finally sort ranges by start position. This avoids a dependency on 
2389      * keeping features in order on the sequence (if they are in order anyway,
2390      * the sort will have almost no work to do). The implicit assumption is CDS
2391      * ranges are assembled in order. Other cases should not use this method,
2392      * but instead construct an explicit mapping for CDS (e.g. EMBL parsing).
2393      */
2394     Collections.sort(result, IntRangeComparator.ASCENDING);
2395     return result;
2396   }
2397
2398   /**
2399    * Makes an alignment with a copy of the given sequences, adding in any
2400    * non-redundant sequences which are mapped to by the cross-referenced
2401    * sequences.
2402    * 
2403    * @param seqs
2404    * @param xrefs
2405    * @param dataset
2406    *          the alignment dataset shared by the new copy
2407    * @return
2408    */
2409   public static AlignmentI makeCopyAlignment(SequenceI[] seqs,
2410           SequenceI[] xrefs, AlignmentI dataset)
2411   {
2412     AlignmentI copy = new Alignment(new Alignment(seqs));
2413     copy.setDataset(dataset);
2414     boolean isProtein = !copy.isNucleotide();
2415     SequenceIdMatcher matcher = new SequenceIdMatcher(seqs);
2416     if (xrefs != null)
2417     {
2418         // BH 2019.01.25 recoded to remove iterators
2419         
2420       for (int ix = 0, nx = xrefs.length; ix < nx; ix++)
2421       {
2422         SequenceI xref = xrefs[ix];
2423         List<DBRefEntry> dbrefs = xref.getDBRefs();
2424         if (dbrefs != null)
2425         {
2426           for (int ir = 0, nir = dbrefs.size(); ir < nir; ir++)
2427           {
2428             DBRefEntry dbref = dbrefs.get(ir);
2429             Mapping map = dbref.getMap();
2430             SequenceI mto;
2431             if (map == null || (mto = map.getTo()) == null
2432                     || mto.isProtein() != isProtein)
2433             {
2434               continue;
2435             }
2436             SequenceI mappedTo = mto;
2437             SequenceI match = matcher.findIdMatch(mappedTo);
2438             if (match == null)
2439             {
2440               matcher.add(mappedTo);
2441               copy.addSequence(mappedTo);
2442             }
2443           }
2444         }
2445       }
2446     }
2447     return copy;
2448   }
2449
2450   /**
2451    * Try to align sequences in 'unaligned' to match the alignment of their
2452    * mapped regions in 'aligned'. For example, could use this to align CDS
2453    * sequences which are mapped to their parent cDNA sequences.
2454    * 
2455    * This method handles 1:1 mappings (dna-to-dna or protein-to-protein). For
2456    * dna-to-protein or protein-to-dna use alternative methods.
2457    * 
2458    * @param unaligned
2459    *          sequences to be aligned
2460    * @param aligned
2461    *          holds aligned sequences and their mappings
2462    * @return
2463    */
2464   public static int alignAs(AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned)
2465   {
2466     /*
2467      * easy case - aligning a copy of aligned sequences
2468      */
2469     if (alignAsSameSequences(unaligned, aligned))
2470     {
2471       return unaligned.getHeight();
2472     }
2473
2474     /*
2475      * fancy case - aligning via mappings between sequences
2476      */
2477     List<SequenceI> unmapped = new ArrayList<>();
2478     Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> columnMap = buildMappedColumnsMap(
2479             unaligned, aligned, unmapped);
2480     int width = columnMap.size();
2481     char gap = unaligned.getGapCharacter();
2482     int realignedCount = 0;
2483     // TODO: verify this loop scales sensibly for very wide/high alignments
2484
2485     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2486     {
2487       if (!unmapped.contains(seq))
2488       {
2489         char[] newSeq = new char[width];
2490         Arrays.fill(newSeq, gap); // JBPComment - doubt this is faster than the
2491                                   // Integer iteration below
2492         int newCol = 0;
2493         int lastCol = 0;
2494
2495         /*
2496          * traverse the map to find columns populated
2497          * by our sequence
2498          */
2499         for (Integer column : columnMap.keySet())
2500         {
2501           Character c = columnMap.get(column).get(seq);
2502           if (c != null)
2503           {
2504             /*
2505              * sequence has a character at this position
2506              * 
2507              */
2508             newSeq[newCol] = c;
2509             lastCol = newCol;
2510           }
2511           newCol++;
2512         }
2513
2514         /*
2515          * trim trailing gaps
2516          */
2517         if (lastCol < width)
2518         {
2519           char[] tmp = new char[lastCol + 1];
2520           System.arraycopy(newSeq, 0, tmp, 0, lastCol + 1);
2521           newSeq = tmp;
2522         }
2523         // TODO: optimise SequenceI to avoid char[]->String->char[]
2524         seq.setSequence(String.valueOf(newSeq));
2525         realignedCount++;
2526       }
2527     }
2528     return realignedCount;
2529   }
2530
2531   /**
2532    * If unaligned and aligned sequences share the same dataset sequences, then
2533    * simply copies the aligned sequences to the unaligned sequences and returns
2534    * true; else returns false
2535    * 
2536    * @param unaligned
2537    *                    - sequences to be aligned based on aligned
2538    * @param aligned
2539    *                    - 'guide' alignment containing sequences derived from same
2540    *                    dataset as unaligned
2541    * @return
2542    */
2543   static boolean alignAsSameSequences(AlignmentI unaligned,
2544           AlignmentI aligned)
2545   {
2546     if (aligned.getDataset() == null || unaligned.getDataset() == null)
2547     {
2548       return false; // should only pass alignments with datasets here
2549     }
2550
2551     // map from dataset sequence to alignment sequence(s)
2552     Map<SequenceI, List<SequenceI>> alignedDatasets = new HashMap<>();
2553     for (SequenceI seq : aligned.getSequences())
2554     {
2555       SequenceI ds = seq.getDatasetSequence();
2556       if (alignedDatasets.get(ds) == null)
2557       {
2558         alignedDatasets.put(ds, new ArrayList<SequenceI>());
2559       }
2560       alignedDatasets.get(ds).add(seq);
2561     }
2562
2563     /*
2564      * first pass - check whether all sequences to be aligned share a 
2565      * dataset sequence with an aligned sequence; also note the leftmost
2566      * ungapped column from which to copy
2567      */
2568     int leftmost = Integer.MAX_VALUE;
2569     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2570     {
2571       final SequenceI ds = seq.getDatasetSequence();
2572       if (!alignedDatasets.containsKey(ds))
2573       {
2574         return false;
2575       }
2576       SequenceI alignedSeq = alignedDatasets.get(ds)
2577               .get(0);
2578       int startCol = alignedSeq.findIndex(seq.getStart()); // 1..
2579       leftmost = Math.min(leftmost, startCol);
2580     }
2581
2582     /*
2583      * second pass - copy aligned sequences;
2584      * heuristic rule: pair off sequences in order for the case where 
2585      * more than one shares the same dataset sequence 
2586      */
2587     final char gapCharacter = aligned.getGapCharacter();
2588     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2589     {
2590       List<SequenceI> alignedSequences = alignedDatasets
2591               .get(seq.getDatasetSequence());
2592       if (alignedSequences.isEmpty())
2593       {
2594         /*
2595          * defensive check - shouldn't happen! (JAL-3536)
2596          */
2597         continue;
2598       }
2599       SequenceI alignedSeq = alignedSequences.get(0);
2600
2601       /*
2602        * gap fill for leading (5') UTR if any
2603        */
2604       // TODO this copies intron columns - wrong!
2605       int startCol = alignedSeq.findIndex(seq.getStart()); // 1..
2606       int endCol = alignedSeq.findIndex(seq.getEnd());
2607       char[] seqchars = new char[endCol - leftmost + 1];
2608       Arrays.fill(seqchars, gapCharacter);
2609       char[] toCopy = alignedSeq.getSequence(startCol - 1, endCol);
2610       System.arraycopy(toCopy, 0, seqchars, startCol - leftmost,
2611               toCopy.length);
2612       seq.setSequence(String.valueOf(seqchars));
2613       if (alignedSequences.size() > 0)
2614       {
2615         // pop off aligned sequences (except the last one)
2616         alignedSequences.remove(0);
2617       }
2618     }
2619
2620     /*
2621      * finally remove gapped columns (e.g. introns)
2622      */
2623     new RemoveGapColCommand("", unaligned.getSequencesArray(), 0,
2624             unaligned.getWidth() - 1, unaligned);
2625
2626     return true;
2627   }
2628
2629   /**
2630    * Returns a map whose key is alignment column number (base 1), and whose
2631    * values are a map of sequence characters in that column.
2632    * 
2633    * @param unaligned
2634    * @param aligned
2635    * @param unmapped
2636    * @return
2637    */
2638   static SortedMap<Integer, Map<SequenceI, Character>> buildMappedColumnsMap(
2639           AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned,
2640           List<SequenceI> unmapped)
2641   {
2642     /*
2643      * Map will hold, for each aligned column position, a map of
2644      * {unalignedSequence, characterPerSequence} at that position.
2645      * TreeMap keeps the entries in ascending column order. 
2646      */
2647     SortedMap<Integer, Map<SequenceI, Character>> map = new TreeMap<>();
2648
2649     /*
2650      * record any sequences that have no mapping so can't be realigned
2651      */
2652     unmapped.addAll(unaligned.getSequences());
2653
2654     List<AlignedCodonFrame> mappings = aligned.getCodonFrames();
2655
2656     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2657     {
2658       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
2659       {
2660         SequenceI fromSeq = mapping.findAlignedSequence(seq, aligned);
2661         if (fromSeq != null)
2662         {
2663           Mapping seqMap = mapping.getMappingBetween(fromSeq, seq);
2664           if (addMappedPositions(seq, fromSeq, seqMap, map))
2665           {
2666             unmapped.remove(seq);
2667           }
2668         }
2669       }
2670     }
2671     return map;
2672   }
2673
2674   /**
2675    * Helper method that adds to a map the mapped column positions of a sequence.
2676    * <br>
2677    * For example if aaTT-Tg-gAAA is mapped to TTTAAA then the map should record
2678    * that columns 3,4,6,10,11,12 map to characters T,T,T,A,A,A of the mapped to
2679    * sequence.
2680    * 
2681    * @param seq
2682    *          the sequence whose column positions we are recording
2683    * @param fromSeq
2684    *          a sequence that is mapped to the first sequence
2685    * @param seqMap
2686    *          the mapping from 'fromSeq' to 'seq'
2687    * @param map
2688    *          a map to add the column positions (in fromSeq) of the mapped
2689    *          positions of seq
2690    * @return
2691    */
2692   static boolean addMappedPositions(SequenceI seq, SequenceI fromSeq,
2693           Mapping seqMap, Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> map)
2694   {
2695     if (seqMap == null)
2696     {
2697       return false;
2698     }
2699
2700     /*
2701      * invert mapping if it is from unaligned to aligned sequence
2702      */
2703     if (seqMap.getTo() == fromSeq.getDatasetSequence())
2704     {
2705       seqMap = new Mapping(seq.getDatasetSequence(),
2706               seqMap.getMap().getInverse());
2707     }
2708
2709     int toStart = seq.getStart();
2710
2711     /*
2712      * traverse [start, end, start, end...] ranges in fromSeq
2713      */
2714     for (int[] fromRange : seqMap.getMap().getFromRanges())
2715     {
2716       for (int i = 0; i < fromRange.length - 1; i += 2)
2717       {
2718         boolean forward = fromRange[i + 1] >= fromRange[i];
2719
2720         /*
2721          * find the range mapped to (sequence positions base 1)
2722          */
2723         int[] range = seqMap.locateMappedRange(fromRange[i],
2724                 fromRange[i + 1]);
2725         if (range == null)
2726         {
2727           System.err.println("Error in mapping " + seqMap + " from "
2728                   + fromSeq.getName());
2729           return false;
2730         }
2731         int fromCol = fromSeq.findIndex(fromRange[i]);
2732         int mappedCharPos = range[0];
2733
2734         /*
2735          * walk over the 'from' aligned sequence in forward or reverse
2736          * direction; when a non-gap is found, record the column position
2737          * of the next character of the mapped-to sequence; stop when all
2738          * the characters of the range have been counted
2739          */
2740         while (mappedCharPos <= range[1] && fromCol <= fromSeq.getLength()
2741                 && fromCol >= 0)
2742         {
2743           if (!Comparison.isGap(fromSeq.getCharAt(fromCol - 1)))
2744           {
2745             /*
2746              * mapped from sequence has a character in this column
2747              * record the column position for the mapped to character
2748              */
2749             Map<SequenceI, Character> seqsMap = map.get(fromCol);
2750             if (seqsMap == null)
2751             {
2752               seqsMap = new HashMap<>();
2753               map.put(fromCol, seqsMap);
2754             }
2755             seqsMap.put(seq, seq.getCharAt(mappedCharPos - toStart));
2756             mappedCharPos++;
2757           }
2758           fromCol += (forward ? 1 : -1);
2759         }
2760       }
2761     }
2762     return true;
2763   }
2764
2765   // strictly temporary hack until proper criteria for aligning protein to cds
2766   // are in place; this is so Ensembl -> fetch xrefs Uniprot aligns the Uniprot
2767   public static boolean looksLikeEnsembl(AlignmentI alignment)
2768   {
2769     for (SequenceI seq : alignment.getSequences())
2770     {
2771       String name = seq.getName();
2772       if (!name.startsWith("ENSG") && !name.startsWith("ENST"))
2773       {
2774         return false;
2775       }
2776     }
2777     return true;
2778   }
2779 }