2b88cb064e77660f39437d8829cc9e6520d007f4
[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 jalview.commands.RemoveGapColCommand;
24 import jalview.datamodel.AlignedCodon;
25 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame;
26 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame.SequenceToSequenceMapping;
27 import jalview.datamodel.Alignment;
28 import jalview.datamodel.AlignmentAnnotation;
29 import jalview.datamodel.AlignmentI;
30 import jalview.datamodel.DBRefEntry;
31 import jalview.datamodel.GeneLociI;
32 import jalview.datamodel.IncompleteCodonException;
33 import jalview.datamodel.Mapping;
34 import jalview.datamodel.Sequence;
35 import jalview.datamodel.SequenceFeature;
36 import jalview.datamodel.SequenceGroup;
37 import jalview.datamodel.SequenceI;
38 import jalview.datamodel.features.SequenceFeatures;
39 import jalview.io.gff.SequenceOntologyI;
40 import jalview.schemes.ResidueProperties;
41 import jalview.util.Comparison;
42 import jalview.util.DBRefUtils;
43 import jalview.util.IntRangeComparator;
44 import jalview.util.MapList;
45 import jalview.util.MappingUtils;
46
47 import java.util.ArrayList;
48 import java.util.Arrays;
49 import java.util.Collection;
50 import java.util.Collections;
51 import java.util.HashMap;
52 import java.util.HashSet;
53 import java.util.Iterator;
54 import java.util.LinkedHashMap;
55 import java.util.List;
56 import java.util.Map;
57 import java.util.Map.Entry;
58 import java.util.NoSuchElementException;
59 import java.util.Set;
60 import java.util.SortedMap;
61 import java.util.TreeMap;
62
63 /**
64  * grab bag of useful alignment manipulation operations Expect these to be
65  * refactored elsewhere at some point.
66  * 
67  * @author jimp
68  * 
69  */
70 public class AlignmentUtils
71 {
72   private static final int CODON_LENGTH = 3;
73
74   private static final String SEQUENCE_VARIANT = "sequence_variant:";
75
76   /*
77    * the 'id' attribute is provided for variant features fetched from
78    * Ensembl using its REST service with JSON format 
79    */
80   public static final String VARIANT_ID = "id";
81
82   /**
83    * A data model to hold the 'normal' base value at a position, and an optional
84    * sequence variant feature
85    */
86   static final class DnaVariant
87   {
88     final String base;
89
90     SequenceFeature variant;
91
92     DnaVariant(String nuc)
93     {
94       base = nuc;
95       variant = null;
96     }
97
98     DnaVariant(String nuc, SequenceFeature var)
99     {
100       base = nuc;
101       variant = var;
102     }
103
104     public String getSource()
105     {
106       return variant == null ? null : variant.getFeatureGroup();
107     }
108
109     /**
110      * toString for aid in the debugger only
111      */
112     @Override
113     public String toString()
114     {
115       return base + ":" + (variant == null ? "" : variant.getDescription());
116     }
117   }
118
119   /**
120    * given an existing alignment, create a new alignment including all, or up to
121    * flankSize additional symbols from each sequence's dataset sequence
122    * 
123    * @param core
124    * @param flankSize
125    * @return AlignmentI
126    */
127   public static AlignmentI expandContext(AlignmentI core, int flankSize)
128   {
129     List<SequenceI> sq = new ArrayList<>();
130     int maxoffset = 0;
131     for (SequenceI s : core.getSequences())
132     {
133       SequenceI newSeq = s.deriveSequence();
134       final int newSeqStart = newSeq.getStart() - 1;
135       if (newSeqStart > maxoffset
136               && newSeq.getDatasetSequence().getStart() < s.getStart())
137       {
138         maxoffset = newSeqStart;
139       }
140       sq.add(newSeq);
141     }
142     if (flankSize > -1)
143     {
144       maxoffset = Math.min(maxoffset, flankSize);
145     }
146
147     /*
148      * now add offset left and right to create an expanded alignment
149      */
150     for (SequenceI s : sq)
151     {
152       SequenceI ds = s;
153       while (ds.getDatasetSequence() != null)
154       {
155         ds = ds.getDatasetSequence();
156       }
157       int s_end = s.findPosition(s.getStart() + s.getLength());
158       // find available flanking residues for sequence
159       int ustream_ds = s.getStart() - ds.getStart();
160       int dstream_ds = ds.getEnd() - s_end;
161
162       // build new flanked sequence
163
164       // compute gap padding to start of flanking sequence
165       int offset = maxoffset - ustream_ds;
166
167       // padding is gapChar x ( maxoffset - min(ustream_ds, flank)
168       if (flankSize >= 0)
169       {
170         if (flankSize < ustream_ds)
171         {
172           // take up to flankSize residues
173           offset = maxoffset - flankSize;
174           ustream_ds = flankSize;
175         }
176         if (flankSize <= dstream_ds)
177         {
178           dstream_ds = flankSize - 1;
179         }
180       }
181       // TODO use Character.toLowerCase to avoid creating String objects?
182       char[] upstream = new String(ds
183               .getSequence(s.getStart() - 1 - ustream_ds, s.getStart() - 1))
184                       .toLowerCase().toCharArray();
185       char[] downstream = new String(
186               ds.getSequence(s_end - 1, s_end + dstream_ds)).toLowerCase()
187                       .toCharArray();
188       char[] coreseq = s.getSequence();
189       char[] nseq = new char[offset + upstream.length + downstream.length
190               + coreseq.length];
191       char c = core.getGapCharacter();
192
193       int p = 0;
194       for (; p < offset; p++)
195       {
196         nseq[p] = c;
197       }
198
199       System.arraycopy(upstream, 0, nseq, p, upstream.length);
200       System.arraycopy(coreseq, 0, nseq, p + upstream.length,
201               coreseq.length);
202       System.arraycopy(downstream, 0, nseq,
203               p + coreseq.length + upstream.length, downstream.length);
204       s.setSequence(new String(nseq));
205       s.setStart(s.getStart() - ustream_ds);
206       s.setEnd(s_end + downstream.length);
207     }
208     AlignmentI newAl = new jalview.datamodel.Alignment(
209             sq.toArray(new SequenceI[0]));
210     for (SequenceI s : sq)
211     {
212       if (s.getAnnotation() != null)
213       {
214         for (AlignmentAnnotation aa : s.getAnnotation())
215         {
216           aa.adjustForAlignment(); // JAL-1712 fix
217           newAl.addAnnotation(aa);
218         }
219       }
220     }
221     newAl.setDataset(core.getDataset());
222     return newAl;
223   }
224
225   /**
226    * Returns the index (zero-based position) of a sequence in an alignment, or
227    * -1 if not found.
228    * 
229    * @param al
230    * @param seq
231    * @return
232    */
233   public static int getSequenceIndex(AlignmentI al, SequenceI seq)
234   {
235     int result = -1;
236     int pos = 0;
237     for (SequenceI alSeq : al.getSequences())
238     {
239       if (alSeq == seq)
240       {
241         result = pos;
242         break;
243       }
244       pos++;
245     }
246     return result;
247   }
248
249   /**
250    * Returns a map of lists of sequences in the alignment, keyed by sequence
251    * name. For use in mapping between different alignment views of the same
252    * sequences.
253    * 
254    * @see jalview.datamodel.AlignmentI#getSequencesByName()
255    */
256   public static Map<String, List<SequenceI>> getSequencesByName(
257           AlignmentI al)
258   {
259     Map<String, List<SequenceI>> theMap = new LinkedHashMap<>();
260     for (SequenceI seq : al.getSequences())
261     {
262       String name = seq.getName();
263       if (name != null)
264       {
265         List<SequenceI> seqs = theMap.get(name);
266         if (seqs == null)
267         {
268           seqs = new ArrayList<>();
269           theMap.put(name, seqs);
270         }
271         seqs.add(seq);
272       }
273     }
274     return theMap;
275   }
276
277   /**
278    * Build mapping of protein to cDNA alignment. Mappings are made between
279    * sequences where the cDNA translates to the protein sequence. Any new
280    * mappings are added to the protein alignment. Returns true if any mappings
281    * either already exist or were added, else false.
282    * 
283    * @param proteinAlignment
284    * @param cdnaAlignment
285    * @return
286    */
287   public static boolean mapProteinAlignmentToCdna(
288           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment)
289   {
290     if (proteinAlignment == null || cdnaAlignment == null)
291     {
292       return false;
293     }
294
295     Set<SequenceI> mappedDna = new HashSet<>();
296     Set<SequenceI> mappedProtein = new HashSet<>();
297
298     /*
299      * First pass - map sequences where cross-references exist. This include
300      * 1-to-many mappings to support, for example, variant cDNA.
301      */
302     boolean mappingPerformed = mapProteinToCdna(proteinAlignment,
303             cdnaAlignment, mappedDna, mappedProtein, true);
304
305     /*
306      * Second pass - map sequences where no cross-references exist. This only
307      * does 1-to-1 mappings and assumes corresponding sequences are in the same
308      * order in the alignments.
309      */
310     mappingPerformed |= mapProteinToCdna(proteinAlignment, cdnaAlignment,
311             mappedDna, mappedProtein, false);
312     return mappingPerformed;
313   }
314
315   /**
316    * Make mappings between compatible sequences (where the cDNA translation
317    * matches the protein).
318    * 
319    * @param proteinAlignment
320    * @param cdnaAlignment
321    * @param mappedDna
322    *          a set of mapped DNA sequences (to add to)
323    * @param mappedProtein
324    *          a set of mapped Protein sequences (to add to)
325    * @param xrefsOnly
326    *          if true, only map sequences where xrefs exist
327    * @return
328    */
329   protected static boolean mapProteinToCdna(
330           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment,
331           Set<SequenceI> mappedDna, Set<SequenceI> mappedProtein,
332           boolean xrefsOnly)
333   {
334     boolean mappingExistsOrAdded = false;
335     List<SequenceI> thisSeqs = proteinAlignment.getSequences();
336     for (SequenceI aaSeq : thisSeqs)
337     {
338       boolean proteinMapped = false;
339       AlignedCodonFrame acf = new AlignedCodonFrame();
340
341       for (SequenceI cdnaSeq : cdnaAlignment.getSequences())
342       {
343         /*
344          * Always try to map if sequences have xref to each other; this supports
345          * variant cDNA or alternative splicing for a protein sequence.
346          * 
347          * If no xrefs, try to map progressively, assuming that alignments have
348          * mappable sequences in corresponding order. These are not
349          * many-to-many, as that would risk mixing species with similar cDNA
350          * sequences.
351          */
352         if (xrefsOnly && !AlignmentUtils.haveCrossRef(aaSeq, cdnaSeq))
353         {
354           continue;
355         }
356
357         /*
358          * Don't map non-xrefd sequences more than once each. This heuristic
359          * allows us to pair up similar sequences in ordered alignments.
360          */
361         if (!xrefsOnly && (mappedProtein.contains(aaSeq)
362                 || mappedDna.contains(cdnaSeq)))
363         {
364           continue;
365         }
366         if (mappingExists(proteinAlignment.getCodonFrames(),
367                 aaSeq.getDatasetSequence(), cdnaSeq.getDatasetSequence()))
368         {
369           mappingExistsOrAdded = true;
370         }
371         else
372         {
373           MapList map = mapCdnaToProtein(aaSeq, cdnaSeq);
374           if (map != null)
375           {
376             acf.addMap(cdnaSeq, aaSeq, map);
377             mappingExistsOrAdded = true;
378             proteinMapped = true;
379             mappedDna.add(cdnaSeq);
380             mappedProtein.add(aaSeq);
381           }
382         }
383       }
384       if (proteinMapped)
385       {
386         proteinAlignment.addCodonFrame(acf);
387       }
388     }
389     return mappingExistsOrAdded;
390   }
391
392   /**
393    * Answers true if the mappings include one between the given (dataset)
394    * sequences.
395    */
396   protected static boolean mappingExists(List<AlignedCodonFrame> mappings,
397           SequenceI aaSeq, SequenceI cdnaSeq)
398   {
399     if (mappings != null)
400     {
401       for (AlignedCodonFrame acf : mappings)
402       {
403         if (cdnaSeq == acf.getDnaForAaSeq(aaSeq))
404         {
405           return true;
406         }
407       }
408     }
409     return false;
410   }
411
412   /**
413    * Builds a mapping (if possible) of a cDNA to a protein sequence.
414    * <ul>
415    * <li>first checks if the cdna translates exactly to the protein
416    * sequence</li>
417    * <li>else checks for translation after removing a STOP codon</li>
418    * <li>else checks for translation after removing a START codon</li>
419    * <li>if that fails, inspect CDS features on the cDNA sequence</li>
420    * </ul>
421    * Returns null if no mapping is determined.
422    * 
423    * @param proteinSeq
424    *          the aligned protein sequence
425    * @param cdnaSeq
426    *          the aligned cdna sequence
427    * @return
428    */
429   public static MapList mapCdnaToProtein(SequenceI proteinSeq,
430           SequenceI cdnaSeq)
431   {
432     /*
433      * Here we handle either dataset sequence set (desktop) or absent (applet).
434      * Use only the char[] form of the sequence to avoid creating possibly large
435      * String objects.
436      */
437     final SequenceI proteinDataset = proteinSeq.getDatasetSequence();
438     char[] aaSeqChars = proteinDataset != null
439             ? proteinDataset.getSequence()
440             : proteinSeq.getSequence();
441     final SequenceI cdnaDataset = cdnaSeq.getDatasetSequence();
442     char[] cdnaSeqChars = cdnaDataset != null ? cdnaDataset.getSequence()
443             : cdnaSeq.getSequence();
444     if (aaSeqChars == null || cdnaSeqChars == null)
445     {
446       return null;
447     }
448
449     /*
450      * cdnaStart/End, proteinStartEnd are base 1 (for dataset sequence mapping)
451      */
452     final int mappedLength = CODON_LENGTH * aaSeqChars.length;
453     int cdnaLength = cdnaSeqChars.length;
454     int cdnaStart = cdnaSeq.getStart();
455     int cdnaEnd = cdnaSeq.getEnd();
456     final int proteinStart = proteinSeq.getStart();
457     final int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
458
459     /*
460      * If lengths don't match, try ignoring stop codon (if present)
461      */
462     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2)
463     {
464       String lastCodon = String.valueOf(cdnaSeqChars,
465               cdnaLength - CODON_LENGTH, CODON_LENGTH).toUpperCase();
466       for (String stop : ResidueProperties.STOP_CODONS)
467       {
468         if (lastCodon.equals(stop))
469         {
470           cdnaEnd -= CODON_LENGTH;
471           cdnaLength -= CODON_LENGTH;
472           break;
473         }
474       }
475     }
476
477     /*
478      * If lengths still don't match, try ignoring start codon.
479      */
480     int startOffset = 0;
481     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2
482             && String.valueOf(cdnaSeqChars, 0, CODON_LENGTH).toUpperCase()
483                     .equals(ResidueProperties.START))
484     {
485       startOffset += CODON_LENGTH;
486       cdnaStart += CODON_LENGTH;
487       cdnaLength -= CODON_LENGTH;
488     }
489
490     if (translatesAs(cdnaSeqChars, startOffset, aaSeqChars))
491     {
492       /*
493        * protein is translation of dna (+/- start/stop codons)
494        */
495       MapList map = new MapList(new int[] { cdnaStart, cdnaEnd },
496               new int[]
497               { proteinStart, proteinEnd }, CODON_LENGTH, 1);
498       return map;
499     }
500
501     /*
502      * translation failed - try mapping CDS annotated regions of dna
503      */
504     return mapCdsToProtein(cdnaSeq, proteinSeq);
505   }
506
507   /**
508    * Test whether the given cdna sequence, starting at the given offset,
509    * translates to the given amino acid sequence, using the standard translation
510    * table. Designed to fail fast i.e. as soon as a mismatch position is found.
511    * 
512    * @param cdnaSeqChars
513    * @param cdnaStart
514    * @param aaSeqChars
515    * @return
516    */
517   protected static boolean translatesAs(char[] cdnaSeqChars, int cdnaStart,
518           char[] aaSeqChars)
519   {
520     if (cdnaSeqChars == null || aaSeqChars == null)
521     {
522       return false;
523     }
524
525     int aaPos = 0;
526     int dnaPos = cdnaStart;
527     for (; dnaPos < cdnaSeqChars.length - 2
528             && aaPos < aaSeqChars.length; dnaPos += CODON_LENGTH, aaPos++)
529     {
530       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
531       final String translated = ResidueProperties.codonTranslate(codon);
532
533       /*
534        * allow * in protein to match untranslatable in dna
535        */
536       final char aaRes = aaSeqChars[aaPos];
537       if ((translated == null || ResidueProperties.STOP.equals(translated))
538               && aaRes == '*')
539       {
540         continue;
541       }
542       if (translated == null || !(aaRes == translated.charAt(0)))
543       {
544         // debug
545         // System.out.println(("Mismatch at " + i + "/" + aaResidue + ": "
546         // + codon + "(" + translated + ") != " + aaRes));
547         return false;
548       }
549     }
550
551     /*
552      * check we matched all of the protein sequence
553      */
554     if (aaPos != aaSeqChars.length)
555     {
556       return false;
557     }
558
559     /*
560      * check we matched all of the dna except
561      * for optional trailing STOP codon
562      */
563     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length)
564     {
565       return true;
566     }
567     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length - CODON_LENGTH)
568     {
569       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
570       if (ResidueProperties.STOP
571               .equals(ResidueProperties.codonTranslate(codon)))
572       {
573         return true;
574       }
575     }
576     return false;
577   }
578
579   /**
580    * Align sequence 'seq' to match the alignment of a mapped sequence. Note this
581    * currently assumes that we are aligning cDNA to match protein.
582    * 
583    * @param seq
584    *          the sequence to be realigned
585    * @param al
586    *          the alignment whose sequence alignment is to be 'copied'
587    * @param gap
588    *          character string represent a gap in the realigned sequence
589    * @param preserveUnmappedGaps
590    * @param preserveMappedGaps
591    * @return true if the sequence was realigned, false if it could not be
592    */
593   public static boolean alignSequenceAs(SequenceI seq, AlignmentI al,
594           String gap, boolean preserveMappedGaps,
595           boolean preserveUnmappedGaps)
596   {
597     /*
598      * Get any mappings from the source alignment to the target (dataset)
599      * sequence.
600      */
601     // TODO there may be one AlignedCodonFrame per dataset sequence, or one with
602     // all mappings. Would it help to constrain this?
603     List<AlignedCodonFrame> mappings = al.getCodonFrame(seq);
604     if (mappings == null || mappings.isEmpty())
605     {
606       return false;
607     }
608
609     /*
610      * Locate the aligned source sequence whose dataset sequence is mapped. We
611      * just take the first match here (as we can't align like more than one
612      * sequence).
613      */
614     SequenceI alignFrom = null;
615     AlignedCodonFrame mapping = null;
616     for (AlignedCodonFrame mp : mappings)
617     {
618       alignFrom = mp.findAlignedSequence(seq, al);
619       if (alignFrom != null)
620       {
621         mapping = mp;
622         break;
623       }
624     }
625
626     if (alignFrom == null)
627     {
628       return false;
629     }
630     alignSequenceAs(seq, alignFrom, mapping, gap, al.getGapCharacter(),
631             preserveMappedGaps, preserveUnmappedGaps);
632     return true;
633   }
634
635   /**
636    * Align sequence 'alignTo' the same way as 'alignFrom', using the mapping to
637    * match residues and codons. Flags control whether existing gaps in unmapped
638    * (intron) and mapped (exon) regions are preserved or not. Gaps between
639    * intron and exon are only retained if both flags are set.
640    * 
641    * @param alignTo
642    * @param alignFrom
643    * @param mapping
644    * @param myGap
645    * @param sourceGap
646    * @param preserveUnmappedGaps
647    * @param preserveMappedGaps
648    */
649   public static void alignSequenceAs(SequenceI alignTo, SequenceI alignFrom,
650           AlignedCodonFrame mapping, String myGap, char sourceGap,
651           boolean preserveMappedGaps, boolean preserveUnmappedGaps)
652   {
653     // TODO generalise to work for Protein-Protein, dna-dna, dna-protein
654
655     // aligned and dataset sequence positions, all base zero
656     int thisSeqPos = 0;
657     int sourceDsPos = 0;
658
659     int basesWritten = 0;
660     char myGapChar = myGap.charAt(0);
661     int ratio = myGap.length();
662
663     int fromOffset = alignFrom.getStart() - 1;
664     int toOffset = alignTo.getStart() - 1;
665     int sourceGapMappedLength = 0;
666     boolean inExon = false;
667     final int toLength = alignTo.getLength();
668     final int fromLength = alignFrom.getLength();
669     StringBuilder thisAligned = new StringBuilder(2 * toLength);
670
671     /*
672      * Traverse the 'model' aligned sequence
673      */
674     for (int i = 0; i < fromLength; i++)
675     {
676       char sourceChar = alignFrom.getCharAt(i);
677       if (sourceChar == sourceGap)
678       {
679         sourceGapMappedLength += ratio;
680         continue;
681       }
682
683       /*
684        * Found a non-gap character. Locate its mapped region if any.
685        */
686       sourceDsPos++;
687       // Note mapping positions are base 1, our sequence positions base 0
688       int[] mappedPos = mapping.getMappedRegion(alignTo, alignFrom,
689               sourceDsPos + fromOffset);
690       if (mappedPos == null)
691       {
692         /*
693          * unmapped position; treat like a gap
694          */
695         sourceGapMappedLength += ratio;
696         // System.err.println("Can't align: no codon mapping to residue "
697         // + sourceDsPos + "(" + sourceChar + ")");
698         // return;
699         continue;
700       }
701
702       int mappedCodonStart = mappedPos[0]; // position (1...) of codon start
703       int mappedCodonEnd = mappedPos[mappedPos.length - 1]; // codon end pos
704       StringBuilder trailingCopiedGap = new StringBuilder();
705
706       /*
707        * Copy dna sequence up to and including this codon. Optionally, include
708        * gaps before the codon starts (in introns) and/or after the codon starts
709        * (in exons).
710        * 
711        * Note this only works for 'linear' splicing, not reverse or interleaved.
712        * But then 'align dna as protein' doesn't make much sense otherwise.
713        */
714       int intronLength = 0;
715       while (basesWritten + toOffset < mappedCodonEnd
716               && thisSeqPos < toLength)
717       {
718         final char c = alignTo.getCharAt(thisSeqPos++);
719         if (c != myGapChar)
720         {
721           basesWritten++;
722           int sourcePosition = basesWritten + toOffset;
723           if (sourcePosition < mappedCodonStart)
724           {
725             /*
726              * Found an unmapped (intron) base. First add in any preceding gaps
727              * (if wanted).
728              */
729             if (preserveUnmappedGaps && trailingCopiedGap.length() > 0)
730             {
731               thisAligned.append(trailingCopiedGap.toString());
732               intronLength += trailingCopiedGap.length();
733               trailingCopiedGap = new StringBuilder();
734             }
735             intronLength++;
736             inExon = false;
737           }
738           else
739           {
740             final boolean startOfCodon = sourcePosition == mappedCodonStart;
741             int gapsToAdd = calculateGapsToInsert(preserveMappedGaps,
742                     preserveUnmappedGaps, sourceGapMappedLength, inExon,
743                     trailingCopiedGap.length(), intronLength, startOfCodon);
744             for (int k = 0; k < gapsToAdd; k++)
745             {
746               thisAligned.append(myGapChar);
747             }
748             sourceGapMappedLength = 0;
749             inExon = true;
750           }
751           thisAligned.append(c);
752           trailingCopiedGap = new StringBuilder();
753         }
754         else
755         {
756           if (inExon && preserveMappedGaps)
757           {
758             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
759           }
760           else if (!inExon && preserveUnmappedGaps)
761           {
762             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
763           }
764         }
765       }
766     }
767
768     /*
769      * At end of model aligned sequence. Copy any remaining target sequence, optionally
770      * including (intron) gaps.
771      */
772     while (thisSeqPos < toLength)
773     {
774       final char c = alignTo.getCharAt(thisSeqPos++);
775       if (c != myGapChar || preserveUnmappedGaps)
776       {
777         thisAligned.append(c);
778       }
779       sourceGapMappedLength--;
780     }
781
782     /*
783      * finally add gaps to pad for any trailing source gaps or
784      * unmapped characters
785      */
786     if (preserveUnmappedGaps)
787     {
788       while (sourceGapMappedLength > 0)
789       {
790         thisAligned.append(myGapChar);
791         sourceGapMappedLength--;
792       }
793     }
794
795     /*
796      * All done aligning, set the aligned sequence.
797      */
798     alignTo.setSequence(new String(thisAligned));
799   }
800
801   /**
802    * Helper method to work out how many gaps to insert when realigning.
803    * 
804    * @param preserveMappedGaps
805    * @param preserveUnmappedGaps
806    * @param sourceGapMappedLength
807    * @param inExon
808    * @param trailingCopiedGap
809    * @param intronLength
810    * @param startOfCodon
811    * @return
812    */
813   protected static int calculateGapsToInsert(boolean preserveMappedGaps,
814           boolean preserveUnmappedGaps, int sourceGapMappedLength,
815           boolean inExon, int trailingGapLength, int intronLength,
816           final boolean startOfCodon)
817   {
818     int gapsToAdd = 0;
819     if (startOfCodon)
820     {
821       /*
822        * Reached start of codon. Ignore trailing gaps in intron unless we are
823        * preserving gaps in both exon and intron. Ignore them anyway if the
824        * protein alignment introduces a gap at least as large as the intronic
825        * region.
826        */
827       if (inExon && !preserveMappedGaps)
828       {
829         trailingGapLength = 0;
830       }
831       if (!inExon && !(preserveMappedGaps && preserveUnmappedGaps))
832       {
833         trailingGapLength = 0;
834       }
835       if (inExon)
836       {
837         gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
838       }
839       else
840       {
841         if (intronLength + trailingGapLength <= sourceGapMappedLength)
842         {
843           gapsToAdd = sourceGapMappedLength - intronLength;
844         }
845         else
846         {
847           gapsToAdd = Math.min(
848                   intronLength + trailingGapLength - sourceGapMappedLength,
849                   trailingGapLength);
850         }
851       }
852     }
853     else
854     {
855       /*
856        * second or third base of codon; check for any gaps in dna
857        */
858       if (!preserveMappedGaps)
859       {
860         trailingGapLength = 0;
861       }
862       gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
863     }
864     return gapsToAdd;
865   }
866
867   /**
868    * Realigns the given protein to match the alignment of the dna, using codon
869    * mappings to translate aligned codon positions to protein residues.
870    * 
871    * @param protein
872    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
873    * @param dna
874    *          the dna alignment whose alignment we are 'copying'
875    * @return the number of sequences that were realigned
876    */
877   public static int alignProteinAsDna(AlignmentI protein, AlignmentI dna)
878   {
879     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
880     {
881       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
882       return 0;
883     }
884     List<SequenceI> unmappedProtein = new ArrayList<>();
885     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = buildCodonColumnsMap(
886             protein, dna, unmappedProtein);
887     return alignProteinAs(protein, alignedCodons, unmappedProtein);
888   }
889
890   /**
891    * Realigns the given dna to match the alignment of the protein, using codon
892    * mappings to translate aligned peptide positions to codons.
893    * 
894    * Always produces a padded CDS alignment.
895    * 
896    * @param dna
897    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
898    * @param protein
899    *          the protein alignment whose alignment we are 'copying'
900    * @return the number of sequences that were realigned
901    */
902   public static int alignCdsAsProtein(AlignmentI dna, AlignmentI protein)
903   {
904     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
905     {
906       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
907       return 0;
908     }
909     // todo: implement this
910     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
911     int alignedCount = 0;
912     int width = 0; // alignment width for padding CDS
913     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
914     {
915       if (alignCdsSequenceAsProtein(dnaSeq, protein, mappings,
916               dna.getGapCharacter()))
917       {
918         alignedCount++;
919       }
920       width = Math.max(dnaSeq.getLength(), width);
921     }
922     int oldwidth;
923     int diff;
924     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
925     {
926       oldwidth = dnaSeq.getLength();
927       diff = width - oldwidth;
928       if (diff > 0)
929       {
930         dnaSeq.insertCharAt(oldwidth, diff, dna.getGapCharacter());
931       }
932     }
933     return alignedCount;
934   }
935
936   /**
937    * Helper method to align (if possible) the dna sequence to match the
938    * alignment of a mapped protein sequence. This is currently limited to
939    * handling coding sequence only.
940    * 
941    * @param cdsSeq
942    * @param protein
943    * @param mappings
944    * @param gapChar
945    * @return
946    */
947   static boolean alignCdsSequenceAsProtein(SequenceI cdsSeq,
948           AlignmentI protein, List<AlignedCodonFrame> mappings,
949           char gapChar)
950   {
951     SequenceI cdsDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
952     if (cdsDss == null)
953     {
954       System.err
955               .println("alignCdsSequenceAsProtein needs aligned sequence!");
956       return false;
957     }
958
959     List<AlignedCodonFrame> dnaMappings = MappingUtils
960             .findMappingsForSequence(cdsSeq, mappings);
961     for (AlignedCodonFrame mapping : dnaMappings)
962     {
963       SequenceI peptide = mapping.findAlignedSequence(cdsSeq, protein);
964       if (peptide != null)
965       {
966         final int peptideLength = peptide.getLength();
967         Mapping map = mapping.getMappingBetween(cdsSeq, peptide);
968         if (map != null)
969         {
970           MapList mapList = map.getMap();
971           if (map.getTo() == peptide.getDatasetSequence())
972           {
973             mapList = mapList.getInverse();
974           }
975           final int cdsLength = cdsDss.getLength();
976           int mappedFromLength = MappingUtils.getLength(mapList
977                   .getFromRanges());
978           int mappedToLength = MappingUtils
979                   .getLength(mapList.getToRanges());
980           boolean addStopCodon = (cdsLength == mappedFromLength
981                   * CODON_LENGTH + CODON_LENGTH)
982                   || (peptide.getDatasetSequence()
983                           .getLength() == mappedFromLength - 1);
984           if (cdsLength != mappedToLength && !addStopCodon)
985           {
986             System.err.println(String.format(
987                     "Can't align cds as protein (length mismatch %d/%d): %s",
988                     cdsLength, mappedToLength, cdsSeq.getName()));
989           }
990
991           /*
992            * pre-fill the aligned cds sequence with gaps
993            */
994           char[] alignedCds = new char[peptideLength * CODON_LENGTH
995                   + (addStopCodon ? CODON_LENGTH : 0)];
996           Arrays.fill(alignedCds, gapChar);
997
998           /*
999            * walk over the aligned peptide sequence and insert mapped 
1000            * codons for residues in the aligned cds sequence 
1001            */
1002           int copiedBases = 0;
1003           int cdsStart = cdsDss.getStart();
1004           int proteinPos = peptide.getStart() - 1;
1005           int cdsCol = 0;
1006
1007           for (int col = 0; col < peptideLength; col++)
1008           {
1009             char residue = peptide.getCharAt(col);
1010
1011             if (Comparison.isGap(residue))
1012             {
1013               cdsCol += CODON_LENGTH;
1014             }
1015             else
1016             {
1017               proteinPos++;
1018               int[] codon = mapList.locateInTo(proteinPos, proteinPos);
1019               if (codon == null)
1020               {
1021                 // e.g. incomplete start codon, X in peptide
1022                 cdsCol += CODON_LENGTH;
1023               }
1024               else
1025               {
1026                 for (int j = codon[0]; j <= codon[1]; j++)
1027                 {
1028                   char mappedBase = cdsDss.getCharAt(j - cdsStart);
1029                   alignedCds[cdsCol++] = mappedBase;
1030                   copiedBases++;
1031                 }
1032               }
1033             }
1034           }
1035
1036           /*
1037            * append stop codon if not mapped from protein,
1038            * closing it up to the end of the mapped sequence
1039            */
1040           if (copiedBases == cdsLength - CODON_LENGTH)
1041           {
1042             for (int i = alignedCds.length - 1; i >= 0; i--)
1043             {
1044               if (!Comparison.isGap(alignedCds[i]))
1045               {
1046                 cdsCol = i + 1; // gap just after end of sequence
1047                 break;
1048               }
1049             }
1050             for (int i = cdsLength - CODON_LENGTH; i < cdsLength; i++)
1051             {
1052               alignedCds[cdsCol++] = cdsDss.getCharAt(i);
1053             }
1054           }
1055           cdsSeq.setSequence(new String(alignedCds));
1056           return true;
1057         }
1058       }
1059     }
1060     return false;
1061   }
1062
1063   /**
1064    * Builds a map whose key is an aligned codon position (3 alignment column
1065    * numbers base 0), and whose value is a map from protein sequence to each
1066    * protein's peptide residue for that codon. The map generates an ordering of
1067    * the codons, and allows us to read off the peptides at each position in
1068    * order to assemble 'aligned' protein sequences.
1069    * 
1070    * @param protein
1071    *          the protein alignment
1072    * @param dna
1073    *          the coding dna alignment
1074    * @param unmappedProtein
1075    *          any unmapped proteins are added to this list
1076    * @return
1077    */
1078   protected static Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> buildCodonColumnsMap(
1079           AlignmentI protein, AlignmentI dna,
1080           List<SequenceI> unmappedProtein)
1081   {
1082     /*
1083      * maintain a list of any proteins with no mappings - these will be
1084      * rendered 'as is' in the protein alignment as we can't align them
1085      */
1086     unmappedProtein.addAll(protein.getSequences());
1087
1088     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1089
1090     /*
1091      * Map will hold, for each aligned codon position e.g. [3, 5, 6], a map of
1092      * {dnaSequence, {proteinSequence, codonProduct}} at that position. The
1093      * comparator keeps the codon positions ordered.
1094      */
1095     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = new TreeMap<>(
1096             new CodonComparator());
1097
1098     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1099     {
1100       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1101       {
1102         SequenceI prot = mapping.findAlignedSequence(dnaSeq, protein);
1103         if (prot != null)
1104         {
1105           Mapping seqMap = mapping.getMappingForSequence(dnaSeq);
1106           addCodonPositions(dnaSeq, prot, protein.getGapCharacter(), seqMap,
1107                   alignedCodons);
1108           unmappedProtein.remove(prot);
1109         }
1110       }
1111     }
1112
1113     /*
1114      * Finally add any unmapped peptide start residues (e.g. for incomplete
1115      * codons) as if at the codon position before the second residue
1116      */
1117     // TODO resolve JAL-2022 so this fudge can be removed
1118     int mappedSequenceCount = protein.getHeight() - unmappedProtein.size();
1119     addUnmappedPeptideStarts(alignedCodons, mappedSequenceCount);
1120
1121     return alignedCodons;
1122   }
1123
1124   /**
1125    * Scans for any protein mapped from position 2 (meaning unmapped start
1126    * position e.g. an incomplete codon), and synthesizes a 'codon' for it at the
1127    * preceding position in the alignment
1128    * 
1129    * @param alignedCodons
1130    *          the codon-to-peptide map
1131    * @param mappedSequenceCount
1132    *          the number of distinct sequences in the map
1133    */
1134   protected static void addUnmappedPeptideStarts(
1135           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1136           int mappedSequenceCount)
1137   {
1138     // TODO delete this ugly hack once JAL-2022 is resolved
1139     // i.e. we can model startPhase > 0 (incomplete start codon)
1140
1141     List<SequenceI> sequencesChecked = new ArrayList<>();
1142     AlignedCodon lastCodon = null;
1143     Map<SequenceI, AlignedCodon> toAdd = new HashMap<>();
1144
1145     for (Entry<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> entry : alignedCodons
1146             .entrySet())
1147     {
1148       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> sequenceCodon : entry.getValue()
1149               .entrySet())
1150       {
1151         SequenceI seq = sequenceCodon.getKey();
1152         if (sequencesChecked.contains(seq))
1153         {
1154           continue;
1155         }
1156         sequencesChecked.add(seq);
1157         AlignedCodon codon = sequenceCodon.getValue();
1158         if (codon.peptideCol > 1)
1159         {
1160           System.err.println(
1161                   "Problem mapping protein with >1 unmapped start positions: "
1162                           + seq.getName());
1163         }
1164         else if (codon.peptideCol == 1)
1165         {
1166           /*
1167            * first position (peptideCol == 0) was unmapped - add it
1168            */
1169           if (lastCodon != null)
1170           {
1171             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(lastCodon.pos1,
1172                     lastCodon.pos2, lastCodon.pos3,
1173                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1174             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1175           }
1176           else
1177           {
1178             /*
1179              * unmapped residue at start of alignment (no prior column) -
1180              * 'insert' at nominal codon [0, 0, 0]
1181              */
1182             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(0, 0, 0,
1183                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1184             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1185           }
1186         }
1187         if (sequencesChecked.size() == mappedSequenceCount)
1188         {
1189           // no need to check past first mapped position in all sequences
1190           break;
1191         }
1192       }
1193       lastCodon = entry.getKey();
1194     }
1195
1196     /*
1197      * add any new codons safely after iterating over the map
1198      */
1199     for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> startCodon : toAdd.entrySet())
1200     {
1201       addCodonToMap(alignedCodons, startCodon.getValue(),
1202               startCodon.getKey());
1203     }
1204   }
1205
1206   /**
1207    * Update the aligned protein sequences to match the codon alignments given in
1208    * the map.
1209    * 
1210    * @param protein
1211    * @param alignedCodons
1212    *          an ordered map of codon positions (columns), with sequence/peptide
1213    *          values present in each column
1214    * @param unmappedProtein
1215    * @return
1216    */
1217   protected static int alignProteinAs(AlignmentI protein,
1218           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1219           List<SequenceI> unmappedProtein)
1220   {
1221     /*
1222      * prefill peptide sequences with gaps 
1223      */
1224     int alignedWidth = alignedCodons.size();
1225     char[] gaps = new char[alignedWidth];
1226     Arrays.fill(gaps, protein.getGapCharacter());
1227     Map<SequenceI, char[]> peptides = new HashMap<>();
1228     for (SequenceI seq : protein.getSequences())
1229     {
1230       if (!unmappedProtein.contains(seq))
1231       {
1232         peptides.put(seq, Arrays.copyOf(gaps, gaps.length));
1233       }
1234     }
1235
1236     /*
1237      * Traverse the codons left to right (as defined by CodonComparator)
1238      * and insert peptides in each column where the sequence is mapped.
1239      * This gives a peptide 'alignment' where residues are aligned if their
1240      * corresponding codons occupy the same columns in the cdna alignment.
1241      */
1242     int column = 0;
1243     for (AlignedCodon codon : alignedCodons.keySet())
1244     {
1245       final Map<SequenceI, AlignedCodon> columnResidues = alignedCodons
1246               .get(codon);
1247       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> entry : columnResidues.entrySet())
1248       {
1249         char residue = entry.getValue().product.charAt(0);
1250         peptides.get(entry.getKey())[column] = residue;
1251       }
1252       column++;
1253     }
1254
1255     /*
1256      * and finally set the constructed sequences
1257      */
1258     for (Entry<SequenceI, char[]> entry : peptides.entrySet())
1259     {
1260       entry.getKey().setSequence(new String(entry.getValue()));
1261     }
1262
1263     return 0;
1264   }
1265
1266   /**
1267    * Populate the map of aligned codons by traversing the given sequence
1268    * mapping, locating the aligned positions of mapped codons, and adding those
1269    * positions and their translation products to the map.
1270    * 
1271    * @param dna
1272    *          the aligned sequence we are mapping from
1273    * @param protein
1274    *          the sequence to be aligned to the codons
1275    * @param gapChar
1276    *          the gap character in the dna sequence
1277    * @param seqMap
1278    *          a mapping to a sequence translation
1279    * @param alignedCodons
1280    *          the map we are building up
1281    */
1282   static void addCodonPositions(SequenceI dna, SequenceI protein,
1283           char gapChar, Mapping seqMap,
1284           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons)
1285   {
1286     Iterator<AlignedCodon> codons = seqMap.getCodonIterator(dna, gapChar);
1287
1288     /*
1289      * add codon positions, and their peptide translations, to the alignment
1290      * map, while remembering the first codon mapped
1291      */
1292     while (codons.hasNext())
1293     {
1294       try
1295       {
1296         AlignedCodon codon = codons.next();
1297         addCodonToMap(alignedCodons, codon, protein);
1298       } catch (IncompleteCodonException e)
1299       {
1300         // possible incomplete trailing codon - ignore
1301       } catch (NoSuchElementException e)
1302       {
1303         // possibly peptide lacking STOP
1304       }
1305     }
1306   }
1307
1308   /**
1309    * Helper method to add a codon-to-peptide entry to the aligned codons map
1310    * 
1311    * @param alignedCodons
1312    * @param codon
1313    * @param protein
1314    */
1315   protected static void addCodonToMap(
1316           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1317           AlignedCodon codon, SequenceI protein)
1318   {
1319     Map<SequenceI, AlignedCodon> seqProduct = alignedCodons.get(codon);
1320     if (seqProduct == null)
1321     {
1322       seqProduct = new HashMap<>();
1323       alignedCodons.put(codon, seqProduct);
1324     }
1325     seqProduct.put(protein, codon);
1326   }
1327
1328   /**
1329    * Returns true if a cDNA/Protein mapping either exists, or could be made,
1330    * between at least one pair of sequences in the two alignments. Currently,
1331    * the logic is:
1332    * <ul>
1333    * <li>One alignment must be nucleotide, and the other protein</li>
1334    * <li>At least one pair of sequences must be already mapped, or mappable</li>
1335    * <li>Mappable means the nucleotide translation matches the protein
1336    * sequence</li>
1337    * <li>The translation may ignore start and stop codons if present in the
1338    * nucleotide</li>
1339    * </ul>
1340    * 
1341    * @param al1
1342    * @param al2
1343    * @return
1344    */
1345   public static boolean isMappable(AlignmentI al1, AlignmentI al2)
1346   {
1347     if (al1 == null || al2 == null)
1348     {
1349       return false;
1350     }
1351
1352     /*
1353      * Require one nucleotide and one protein
1354      */
1355     if (al1.isNucleotide() == al2.isNucleotide())
1356     {
1357       return false;
1358     }
1359     AlignmentI dna = al1.isNucleotide() ? al1 : al2;
1360     AlignmentI protein = dna == al1 ? al2 : al1;
1361     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1362     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1363     {
1364       for (SequenceI proteinSeq : protein.getSequences())
1365       {
1366         if (isMappable(dnaSeq, proteinSeq, mappings))
1367         {
1368           return true;
1369         }
1370       }
1371     }
1372     return false;
1373   }
1374
1375   /**
1376    * Returns true if the dna sequence is mapped, or could be mapped, to the
1377    * protein sequence.
1378    * 
1379    * @param dnaSeq
1380    * @param proteinSeq
1381    * @param mappings
1382    * @return
1383    */
1384   protected static boolean isMappable(SequenceI dnaSeq,
1385           SequenceI proteinSeq, List<AlignedCodonFrame> mappings)
1386   {
1387     if (dnaSeq == null || proteinSeq == null)
1388     {
1389       return false;
1390     }
1391
1392     SequenceI dnaDs = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1393             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1394     SequenceI proteinDs = proteinSeq.getDatasetSequence() == null
1395             ? proteinSeq
1396             : proteinSeq.getDatasetSequence();
1397
1398     for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1399     {
1400       if (proteinDs == mapping.getAaForDnaSeq(dnaDs))
1401       {
1402         /*
1403          * already mapped
1404          */
1405         return true;
1406       }
1407     }
1408
1409     /*
1410      * Just try to make a mapping (it is not yet stored), test whether
1411      * successful.
1412      */
1413     return mapCdnaToProtein(proteinDs, dnaDs) != null;
1414   }
1415
1416   /**
1417    * Finds any reference annotations associated with the sequences in
1418    * sequenceScope, that are not already added to the alignment, and adds them
1419    * to the 'candidates' map. Also populates a lookup table of annotation
1420    * labels, keyed by calcId, for use in constructing tooltips or the like.
1421    * 
1422    * @param sequenceScope
1423    *          the sequences to scan for reference annotations
1424    * @param labelForCalcId
1425    *          (optional) map to populate with label for calcId
1426    * @param candidates
1427    *          map to populate with annotations for sequence
1428    * @param al
1429    *          the alignment to check for presence of annotations
1430    */
1431   public static void findAddableReferenceAnnotations(
1432           List<SequenceI> sequenceScope, Map<String, String> labelForCalcId,
1433           final Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> candidates,
1434           AlignmentI al)
1435   {
1436     if (sequenceScope == null)
1437     {
1438       return;
1439     }
1440
1441     /*
1442      * For each sequence in scope, make a list of any annotations on the
1443      * underlying dataset sequence which are not already on the alignment.
1444      * 
1445      * Add to a map of { alignmentSequence, <List of annotations to add> }
1446      */
1447     for (SequenceI seq : sequenceScope)
1448     {
1449       SequenceI dataset = seq.getDatasetSequence();
1450       if (dataset == null)
1451       {
1452         continue;
1453       }
1454       AlignmentAnnotation[] datasetAnnotations = dataset.getAnnotation();
1455       if (datasetAnnotations == null)
1456       {
1457         continue;
1458       }
1459       final List<AlignmentAnnotation> result = new ArrayList<>();
1460       for (AlignmentAnnotation dsann : datasetAnnotations)
1461       {
1462         /*
1463          * Find matching annotations on the alignment. If none is found, then
1464          * add this annotation to the list of 'addable' annotations for this
1465          * sequence.
1466          */
1467         final Iterable<AlignmentAnnotation> matchedAlignmentAnnotations = al
1468                 .findAnnotations(seq, dsann.getCalcId(), dsann.label);
1469         if (!matchedAlignmentAnnotations.iterator().hasNext())
1470         {
1471           result.add(dsann);
1472           if (labelForCalcId != null)
1473           {
1474             labelForCalcId.put(dsann.getCalcId(), dsann.label);
1475           }
1476         }
1477       }
1478       /*
1479        * Save any addable annotations for this sequence
1480        */
1481       if (!result.isEmpty())
1482       {
1483         candidates.put(seq, result);
1484       }
1485     }
1486   }
1487
1488   /**
1489    * Adds annotations to the top of the alignment annotations, in the same order
1490    * as their related sequences.
1491    * 
1492    * @param annotations
1493    *          the annotations to add
1494    * @param alignment
1495    *          the alignment to add them to
1496    * @param selectionGroup
1497    *          current selection group (or null if none)
1498    */
1499   public static void addReferenceAnnotations(
1500           Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> annotations,
1501           final AlignmentI alignment, final SequenceGroup selectionGroup)
1502   {
1503     for (SequenceI seq : annotations.keySet())
1504     {
1505       for (AlignmentAnnotation ann : annotations.get(seq))
1506       {
1507         AlignmentAnnotation copyAnn = new AlignmentAnnotation(ann);
1508         int startRes = 0;
1509         int endRes = ann.annotations.length;
1510         if (selectionGroup != null)
1511         {
1512           startRes = selectionGroup.getStartRes();
1513           endRes = selectionGroup.getEndRes();
1514         }
1515         copyAnn.restrict(startRes, endRes);
1516
1517         /*
1518          * Add to the sequence (sets copyAnn.datasetSequence), unless the
1519          * original annotation is already on the sequence.
1520          */
1521         if (!seq.hasAnnotation(ann))
1522         {
1523           seq.addAlignmentAnnotation(copyAnn);
1524         }
1525         // adjust for gaps
1526         copyAnn.adjustForAlignment();
1527         // add to the alignment and set visible
1528         alignment.addAnnotation(copyAnn);
1529         copyAnn.visible = true;
1530       }
1531     }
1532   }
1533
1534   /**
1535    * Set visibility of alignment annotations of specified types (labels), for
1536    * specified sequences. This supports controls like "Show all secondary
1537    * structure", "Hide all Temp factor", etc.
1538    * 
1539    * @al the alignment to scan for annotations
1540    * @param types
1541    *          the types (labels) of annotations to be updated
1542    * @param forSequences
1543    *          if not null, only annotations linked to one of these sequences are
1544    *          in scope for update; if null, acts on all sequence annotations
1545    * @param anyType
1546    *          if this flag is true, 'types' is ignored (label not checked)
1547    * @param doShow
1548    *          if true, set visibility on, else set off
1549    */
1550   public static void showOrHideSequenceAnnotations(AlignmentI al,
1551           Collection<String> types, List<SequenceI> forSequences,
1552           boolean anyType, boolean doShow)
1553   {
1554     AlignmentAnnotation[] anns = al.getAlignmentAnnotation();
1555     if (anns != null)
1556     {
1557       for (AlignmentAnnotation aa : anns)
1558       {
1559         if (anyType || types.contains(aa.label))
1560         {
1561           if ((aa.sequenceRef != null) && (forSequences == null
1562                   || forSequences.contains(aa.sequenceRef)))
1563           {
1564             aa.visible = doShow;
1565           }
1566         }
1567       }
1568     }
1569   }
1570
1571   /**
1572    * Returns true if either sequence has a cross-reference to the other
1573    * 
1574    * @param seq1
1575    * @param seq2
1576    * @return
1577    */
1578   public static boolean haveCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1579   {
1580     // Note: moved here from class CrossRef as the latter class has dependencies
1581     // not availability to the applet's classpath
1582     return hasCrossRef(seq1, seq2) || hasCrossRef(seq2, seq1);
1583   }
1584
1585   /**
1586    * Returns true if seq1 has a cross-reference to seq2. Currently this assumes
1587    * that sequence name is structured as Source|AccessionId.
1588    * 
1589    * @param seq1
1590    * @param seq2
1591    * @return
1592    */
1593   public static boolean hasCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1594   {
1595     if (seq1 == null || seq2 == null)
1596     {
1597       return false;
1598     }
1599     String name = seq2.getName();
1600     final DBRefEntry[] xrefs = seq1.getDBRefs();
1601     if (xrefs != null)
1602     {
1603       for (DBRefEntry xref : xrefs)
1604       {
1605         String xrefName = xref.getSource() + "|" + xref.getAccessionId();
1606         // case-insensitive test, consistent with DBRefEntry.equalRef()
1607         if (xrefName.equalsIgnoreCase(name))
1608         {
1609           return true;
1610         }
1611       }
1612     }
1613     return false;
1614   }
1615
1616   /**
1617    * Constructs an alignment consisting of the mapped (CDS) regions in the given
1618    * nucleotide sequences, and updates mappings to match. The CDS sequences are
1619    * added to the original alignment's dataset, which is shared by the new
1620    * alignment. Mappings from nucleotide to CDS, and from CDS to protein, are
1621    * added to the alignment dataset.
1622    * 
1623    * @param dna
1624    *          aligned nucleotide (dna or cds) sequences
1625    * @param dataset
1626    *          the alignment dataset the sequences belong to
1627    * @param products
1628    *          (optional) to restrict results to CDS that map to specified
1629    *          protein products
1630    * @return an alignment whose sequences are the cds-only parts of the dna
1631    *         sequences (or null if no mappings are found)
1632    */
1633   public static AlignmentI makeCdsAlignment(SequenceI[] dna,
1634           AlignmentI dataset, SequenceI[] products)
1635   {
1636     if (dataset == null || dataset.getDataset() != null)
1637     {
1638       throw new IllegalArgumentException(
1639               "IMPLEMENTATION ERROR: dataset.getDataset() must be null!");
1640     }
1641     List<SequenceI> foundSeqs = new ArrayList<>();
1642     List<SequenceI> cdsSeqs = new ArrayList<>();
1643     List<AlignedCodonFrame> mappings = dataset.getCodonFrames();
1644     HashSet<SequenceI> productSeqs = null;
1645     if (products != null)
1646     {
1647       productSeqs = new HashSet<>();
1648       for (SequenceI seq : products)
1649       {
1650         productSeqs.add(seq.getDatasetSequence() == null ? seq : seq
1651                 .getDatasetSequence());
1652       }
1653     }
1654
1655     /*
1656      * Construct CDS sequences from mappings on the alignment dataset.
1657      * The logic is:
1658      * - find the protein product(s) mapped to from each dna sequence
1659      * - if the mapping covers the whole dna sequence (give or take start/stop
1660      *   codon), take the dna as the CDS sequence
1661      * - else search dataset mappings for a suitable dna sequence, i.e. one
1662      *   whose whole sequence is mapped to the protein 
1663      * - if no sequence found, construct one from the dna sequence and mapping
1664      *   (and add it to dataset so it is found if this is repeated)
1665      */
1666     for (SequenceI dnaSeq : dna)
1667     {
1668       SequenceI dnaDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1669               : dnaSeq.getDatasetSequence();
1670
1671       List<AlignedCodonFrame> seqMappings = MappingUtils
1672               .findMappingsForSequence(dnaSeq, mappings);
1673       for (AlignedCodonFrame mapping : seqMappings)
1674       {
1675         List<Mapping> mappingsFromSequence = mapping
1676                 .getMappingsFromSequence(dnaSeq);
1677
1678         for (Mapping aMapping : mappingsFromSequence)
1679         {
1680           MapList mapList = aMapping.getMap();
1681           if (mapList.getFromRatio() == 1)
1682           {
1683             /*
1684              * not a dna-to-protein mapping (likely dna-to-cds)
1685              */
1686             continue;
1687           }
1688
1689           /*
1690            * skip if mapping is not to one of the target set of proteins
1691            */
1692           SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1693           if (productSeqs != null && !productSeqs.contains(proteinProduct))
1694           {
1695             continue;
1696           }
1697
1698           /*
1699            * try to locate the CDS from the dataset mappings;
1700            * guard against duplicate results (for the case that protein has
1701            * dbrefs to both dna and cds sequences)
1702            */
1703           SequenceI cdsSeq = findCdsForProtein(mappings, dnaSeq,
1704                   seqMappings, aMapping);
1705           if (cdsSeq != null)
1706           {
1707             if (!foundSeqs.contains(cdsSeq))
1708             {
1709               foundSeqs.add(cdsSeq);
1710               SequenceI derivedSequence = cdsSeq.deriveSequence();
1711               cdsSeqs.add(derivedSequence);
1712               if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeq))
1713               {
1714                 dataset.addSequence(cdsSeq);
1715               }
1716             }
1717             continue;
1718           }
1719
1720           /*
1721            * didn't find mapped CDS sequence - construct it and add
1722            * its dataset sequence to the dataset
1723            */
1724           cdsSeq = makeCdsSequence(dnaSeq.getDatasetSequence(), aMapping,
1725                   dataset).deriveSequence();
1726           // cdsSeq has a name constructed as CDS|<dbref>
1727           // <dbref> will be either the accession for the coding sequence,
1728           // marked in the /via/ dbref to the protein product accession
1729           // or it will be the original nucleotide accession.
1730           SequenceI cdsSeqDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
1731
1732           cdsSeqs.add(cdsSeq);
1733
1734           /*
1735            * build the mapping from CDS to protein
1736            */
1737           List<int[]> cdsRange = Collections
1738                   .singletonList(new int[]
1739                   { cdsSeq.getStart(),
1740                       cdsSeq.getLength() + cdsSeq.getStart() - 1 });
1741           MapList cdsToProteinMap = new MapList(cdsRange,
1742                   mapList.getToRanges(), mapList.getFromRatio(),
1743                   mapList.getToRatio());
1744
1745           if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeqDss))
1746           {
1747             /*
1748              * if this sequence is a newly created one, add it to the dataset
1749              * and made a CDS to protein mapping (if sequence already exists,
1750              * CDS-to-protein mapping _is_ the transcript-to-protein mapping)
1751              */
1752             dataset.addSequence(cdsSeqDss);
1753             AlignedCodonFrame cdsToProteinMapping = new AlignedCodonFrame();
1754             cdsToProteinMapping.addMap(cdsSeqDss, proteinProduct,
1755                   cdsToProteinMap);
1756
1757             /*
1758              * guard against duplicating the mapping if repeating this action
1759              */
1760             if (!mappings.contains(cdsToProteinMapping))
1761             {
1762               mappings.add(cdsToProteinMapping);
1763             }
1764           }
1765
1766           propagateDBRefsToCDS(cdsSeqDss, dnaSeq.getDatasetSequence(),
1767                   proteinProduct, aMapping);
1768           /*
1769            * add another mapping from original 'from' range to CDS
1770            */
1771           AlignedCodonFrame dnaToCdsMapping = new AlignedCodonFrame();
1772           final MapList dnaToCdsMap = new MapList(mapList.getFromRanges(),
1773                   cdsRange, 1, 1);
1774           dnaToCdsMapping.addMap(dnaSeq.getDatasetSequence(), cdsSeqDss,
1775                   dnaToCdsMap);
1776           if (!mappings.contains(dnaToCdsMapping))
1777           {
1778             mappings.add(dnaToCdsMapping);
1779           }
1780
1781           /*
1782            * transfer dna chromosomal loci (if known) to the CDS
1783            * sequence (via the mapping)
1784            */
1785           final MapList cdsToDnaMap = dnaToCdsMap.getInverse();
1786           transferGeneLoci(dnaSeq, cdsToDnaMap, cdsSeq);
1787
1788           /*
1789            * add DBRef with mapping from protein to CDS
1790            * (this enables Get Cross-References from protein alignment)
1791            * This is tricky because we can't have two DBRefs with the
1792            * same source and accession, so need a different accession for
1793            * the CDS from the dna sequence
1794            */
1795
1796           // specific use case:
1797           // Genomic contig ENSCHR:1, contains coding regions for ENSG01,
1798           // ENSG02, ENSG03, with transcripts and products similarly named.
1799           // cannot add distinct dbrefs mapping location on ENSCHR:1 to ENSG01
1800
1801           // JBPNote: ?? can't actually create an example that demonstrates we
1802           // need to
1803           // synthesize an xref.
1804
1805           for (DBRefEntry primRef : dnaDss.getPrimaryDBRefs())
1806           {
1807             /*
1808              * create a cross-reference from CDS to the source sequence's
1809              * primary reference and vice versa
1810              */
1811             String source = primRef.getSource();
1812             String version = primRef.getVersion();
1813             DBRefEntry cdsCrossRef = new DBRefEntry(source, source + ":"
1814                     + version, primRef.getAccessionId());
1815             cdsCrossRef.setMap(new Mapping(dnaDss, new MapList(cdsToDnaMap)));
1816             cdsSeqDss.addDBRef(cdsCrossRef);
1817
1818             dnaSeq.addDBRef(new DBRefEntry(source, version, cdsSeq
1819                     .getName(), new Mapping(cdsSeqDss, dnaToCdsMap)));
1820
1821             // problem here is that the cross-reference is synthesized -
1822             // cdsSeq.getName() may be like 'CDS|dnaaccession' or
1823             // 'CDS|emblcdsacc'
1824             // assuming cds version same as dna ?!?
1825
1826             DBRefEntry proteinToCdsRef = new DBRefEntry(source, version,
1827                     cdsSeq.getName());
1828             //
1829             proteinToCdsRef.setMap(new Mapping(cdsSeqDss, cdsToProteinMap
1830                     .getInverse()));
1831             proteinProduct.addDBRef(proteinToCdsRef);
1832           }
1833
1834           /*
1835            * transfer any features on dna that overlap the CDS
1836            */
1837           transferFeatures(dnaSeq, cdsSeq, dnaToCdsMap, null,
1838                   SequenceOntologyI.CDS);
1839         }
1840       }
1841     }
1842
1843     AlignmentI cds = new Alignment(cdsSeqs.toArray(new SequenceI[cdsSeqs
1844             .size()]));
1845     cds.setDataset(dataset);
1846
1847     return cds;
1848   }
1849
1850   /**
1851    * Tries to transfer gene loci (dbref to chromosome positions) from fromSeq to
1852    * toSeq, mediated by the given mapping between the sequences
1853    * 
1854    * @param fromSeq
1855    * @param targetToFrom
1856    *          Map
1857    * @param targetSeq
1858    */
1859   protected static void transferGeneLoci(SequenceI fromSeq,
1860           MapList targetToFrom, SequenceI targetSeq)
1861   {
1862     if (targetSeq.getGeneLoci() != null)
1863     {
1864       // already have - don't override
1865       return;
1866     }
1867     GeneLociI fromLoci = fromSeq.getGeneLoci();
1868     if (fromLoci == null)
1869     {
1870       return;
1871     }
1872
1873     MapList newMap = targetToFrom.traverse(fromLoci.getMapping());
1874
1875     if (newMap != null)
1876     {
1877       targetSeq.setGeneLoci(fromLoci.getSpeciesId(),
1878               fromLoci.getAssemblyId(), fromLoci.getChromosomeId(), newMap);
1879     }
1880   }
1881
1882   /**
1883    * A helper method that finds a CDS sequence in the alignment dataset that is
1884    * mapped to the given protein sequence, and either is, or has a mapping from,
1885    * the given dna sequence.
1886    * 
1887    * @param mappings
1888    *          set of all mappings on the dataset
1889    * @param dnaSeq
1890    *          a dna (or cds) sequence we are searching from
1891    * @param seqMappings
1892    *          the set of mappings involving dnaSeq
1893    * @param aMapping
1894    *          a transcript-to-peptide mapping
1895    * @return
1896    */
1897   static SequenceI findCdsForProtein(List<AlignedCodonFrame> mappings,
1898           SequenceI dnaSeq, List<AlignedCodonFrame> seqMappings,
1899           Mapping aMapping)
1900   {
1901     /*
1902      * TODO a better dna-cds-protein mapping data representation to allow easy
1903      * navigation; until then this clunky looping around lists of mappings
1904      */
1905     SequenceI seqDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1906             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1907     SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1908
1909     /*
1910      * is this mapping from the whole dna sequence (i.e. CDS)?
1911      * allowing for possible stop codon on dna but not peptide
1912      */
1913     int mappedFromLength = MappingUtils
1914             .getLength(aMapping.getMap().getFromRanges());
1915     int dnaLength = seqDss.getLength();
1916     if (mappedFromLength == dnaLength
1917             || mappedFromLength == dnaLength - CODON_LENGTH)
1918     {
1919       /*
1920        * if sequence has CDS features, this is a transcript with no UTR
1921        * - do not take this as the CDS sequence! (JAL-2789)
1922        */
1923       if (seqDss.getFeatures().getFeaturesByOntology(SequenceOntologyI.CDS)
1924               .isEmpty())
1925       {
1926         return seqDss;
1927       }
1928     }
1929
1930     /*
1931      * looks like we found the dna-to-protein mapping; search for the
1932      * corresponding cds-to-protein mapping
1933      */
1934     List<AlignedCodonFrame> mappingsToPeptide = MappingUtils
1935             .findMappingsForSequence(proteinProduct, mappings);
1936     for (AlignedCodonFrame acf : mappingsToPeptide)
1937     {
1938       for (SequenceToSequenceMapping map : acf.getMappings())
1939       {
1940         Mapping mapping = map.getMapping();
1941         if (mapping != aMapping
1942                 && mapping.getMap().getFromRatio() == CODON_LENGTH
1943                 && proteinProduct == mapping.getTo()
1944                 && seqDss != map.getFromSeq())
1945         {
1946           mappedFromLength = MappingUtils
1947                   .getLength(mapping.getMap().getFromRanges());
1948           if (mappedFromLength == map.getFromSeq().getLength())
1949           {
1950             /*
1951             * found a 3:1 mapping to the protein product which covers
1952             * the whole dna sequence i.e. is from CDS; finally check the CDS
1953             * is mapped from the given dna start sequence
1954             */
1955             SequenceI cdsSeq = map.getFromSeq();
1956             // todo this test is weak if seqMappings contains multiple mappings;
1957             // we get away with it if transcript:cds relationship is 1:1
1958             List<AlignedCodonFrame> dnaToCdsMaps = MappingUtils
1959                     .findMappingsForSequence(cdsSeq, seqMappings);
1960             if (!dnaToCdsMaps.isEmpty())
1961             {
1962               return cdsSeq;
1963             }
1964           }
1965         }
1966       }
1967     }
1968     return null;
1969   }
1970
1971   /**
1972    * Helper method that makes a CDS sequence as defined by the mappings from the
1973    * given sequence i.e. extracts the 'mapped from' ranges (which may be on
1974    * forward or reverse strand).
1975    * 
1976    * @param seq
1977    * @param mapping
1978    * @param dataset
1979    *          - existing dataset. We check for sequences that look like the CDS
1980    *          we are about to construct, if one exists already, then we will
1981    *          just return that one.
1982    * @return CDS sequence (as a dataset sequence)
1983    */
1984   static SequenceI makeCdsSequence(SequenceI seq, Mapping mapping,
1985           AlignmentI dataset)
1986   {
1987     /*
1988      * construct CDS sequence name as "CDS|" with 'from id' held in the mapping
1989      * if set (e.g. EMBL protein_id), else sequence name appended
1990      */
1991     String mapFromId = mapping.getMappedFromId();
1992     final String seqId = "CDS|"
1993             + (mapFromId != null ? mapFromId : seq.getName());
1994
1995     SequenceI newSeq = null;
1996
1997     final MapList maplist = mapping.getMap();
1998     if (maplist.isContiguous() && maplist.isFromForwardStrand())
1999     {
2000       /*
2001        * just a subsequence, keep same dataset sequence
2002        */
2003       int start = maplist.getFromLowest();
2004       int end = maplist.getFromHighest();
2005       newSeq = seq.getSubSequence(start - 1, end);
2006       newSeq.setName(seqId);
2007     }
2008     else
2009     {
2010       /*
2011        * construct by splicing mapped from ranges
2012        */
2013       char[] seqChars = seq.getSequence();
2014       List<int[]> fromRanges = maplist.getFromRanges();
2015       int cdsWidth = MappingUtils.getLength(fromRanges);
2016       char[] newSeqChars = new char[cdsWidth];
2017
2018       int newPos = 0;
2019       for (int[] range : fromRanges)
2020       {
2021         if (range[0] <= range[1])
2022         {
2023           // forward strand mapping - just copy the range
2024           int length = range[1] - range[0] + 1;
2025           System.arraycopy(seqChars, range[0] - 1, newSeqChars, newPos,
2026                   length);
2027           newPos += length;
2028         }
2029         else
2030         {
2031           // reverse strand mapping - copy and complement one by one
2032           for (int i = range[0]; i >= range[1]; i--)
2033           {
2034             newSeqChars[newPos++] = Dna.getComplement(seqChars[i - 1]);
2035           }
2036         }
2037       }
2038
2039       newSeq = new Sequence(seqId, newSeqChars, 1, newPos);
2040     }
2041
2042     if (dataset != null)
2043     {
2044       SequenceI[] matches = dataset.findSequenceMatch(newSeq.getName());
2045       if (matches != null)
2046       {
2047         boolean matched = false;
2048         for (SequenceI mtch : matches)
2049         {
2050           if (mtch.getStart() != newSeq.getStart())
2051           {
2052             continue;
2053           }
2054           if (mtch.getEnd() != newSeq.getEnd())
2055           {
2056             continue;
2057           }
2058           if (!Arrays.equals(mtch.getSequence(), newSeq.getSequence()))
2059           {
2060             continue;
2061           }
2062           if (!matched)
2063           {
2064             matched = true;
2065             newSeq = mtch;
2066           }
2067           else
2068           {
2069             System.err.println(
2070                     "JAL-2154 regression: warning - found (and ignnored a duplicate CDS sequence):"
2071                             + mtch.toString());
2072           }
2073         }
2074       }
2075     }
2076     // newSeq.setDescription(mapFromId);
2077
2078     return newSeq;
2079   }
2080
2081   /**
2082    * Adds any DBRefEntrys to cdsSeq from contig that have a Mapping congruent to
2083    * the given mapping.
2084    * 
2085    * @param cdsSeq
2086    * @param contig
2087    * @param proteinProduct
2088    * @param mapping
2089    * @return list of DBRefEntrys added
2090    */
2091   protected static List<DBRefEntry> propagateDBRefsToCDS(SequenceI cdsSeq,
2092           SequenceI contig, SequenceI proteinProduct, Mapping mapping)
2093   {
2094
2095     // gather direct refs from contig congruent with mapping
2096     List<DBRefEntry> direct = new ArrayList<>();
2097     HashSet<String> directSources = new HashSet<>();
2098
2099     if (contig.getDBRefs() != null)
2100     {
2101       for (DBRefEntry dbr : contig.getDBRefs())
2102       {
2103         if (dbr.hasMap() && dbr.getMap().getMap().isTripletMap())
2104         {
2105           MapList map = dbr.getMap().getMap();
2106           // check if map is the CDS mapping
2107           if (mapping.getMap().equals(map))
2108           {
2109             direct.add(dbr);
2110             directSources.add(dbr.getSource());
2111           }
2112         }
2113       }
2114     }
2115     DBRefEntry[] onSource = DBRefUtils.selectRefs(
2116             proteinProduct.getDBRefs(),
2117             directSources.toArray(new String[0]));
2118     List<DBRefEntry> propagated = new ArrayList<>();
2119
2120     // and generate appropriate mappings
2121     for (DBRefEntry cdsref : direct)
2122     {
2123       // clone maplist and mapping
2124       MapList cdsposmap = new MapList(
2125               Arrays.asList(new int[][]
2126               { new int[] { cdsSeq.getStart(), cdsSeq.getEnd() } }),
2127               cdsref.getMap().getMap().getToRanges(), 3, 1);
2128       Mapping cdsmap = new Mapping(cdsref.getMap().getTo(),
2129               cdsref.getMap().getMap());
2130
2131       // create dbref
2132       DBRefEntry newref = new DBRefEntry(cdsref.getSource(),
2133               cdsref.getVersion(), cdsref.getAccessionId(),
2134               new Mapping(cdsmap.getTo(), cdsposmap));
2135
2136       // and see if we can map to the protein product for this mapping.
2137       // onSource is the filtered set of accessions on protein that we are
2138       // tranferring, so we assume accession is the same.
2139       if (cdsmap.getTo() == null && onSource != null)
2140       {
2141         List<DBRefEntry> sourceRefs = DBRefUtils.searchRefs(onSource,
2142                 cdsref.getAccessionId());
2143         if (sourceRefs != null)
2144         {
2145           for (DBRefEntry srcref : sourceRefs)
2146           {
2147             if (srcref.getSource().equalsIgnoreCase(cdsref.getSource()))
2148             {
2149               // we have found a complementary dbref on the protein product, so
2150               // update mapping's getTo
2151               newref.getMap().setTo(proteinProduct);
2152             }
2153           }
2154         }
2155       }
2156       cdsSeq.addDBRef(newref);
2157       propagated.add(newref);
2158     }
2159     return propagated;
2160   }
2161
2162   /**
2163    * Transfers co-located features on 'fromSeq' to 'toSeq', adjusting the
2164    * feature start/end ranges, optionally omitting specified feature types.
2165    * Returns the number of features copied.
2166    * 
2167    * @param fromSeq
2168    * @param toSeq
2169    * @param mapping
2170    *          the mapping from 'fromSeq' to 'toSeq'
2171    * @param select
2172    *          if not null, only features of this type are copied (including
2173    *          subtypes in the Sequence Ontology)
2174    * @param omitting
2175    */
2176   protected static int transferFeatures(SequenceI fromSeq, SequenceI toSeq,
2177           MapList mapping, String select, String... omitting)
2178   {
2179     SequenceI copyTo = toSeq;
2180     while (copyTo.getDatasetSequence() != null)
2181     {
2182       copyTo = copyTo.getDatasetSequence();
2183     }
2184     if (fromSeq == copyTo || fromSeq.getDatasetSequence() == copyTo)
2185     {
2186       return 0; // shared dataset sequence
2187     }
2188
2189     /*
2190      * get features, optionally restricted by an ontology term
2191      */
2192     List<SequenceFeature> sfs = select == null ? fromSeq.getFeatures()
2193             .getPositionalFeatures() : fromSeq.getFeatures()
2194             .getFeaturesByOntology(select);
2195
2196     int count = 0;
2197     for (SequenceFeature sf : sfs)
2198     {
2199       String type = sf.getType();
2200       boolean omit = false;
2201       for (String toOmit : omitting)
2202       {
2203         if (type.equals(toOmit))
2204         {
2205           omit = true;
2206         }
2207       }
2208       if (omit)
2209       {
2210         continue;
2211       }
2212
2213       /*
2214        * locate the mapped range - null if either start or end is
2215        * not mapped (no partial overlaps are calculated)
2216        */
2217       int start = sf.getBegin();
2218       int end = sf.getEnd();
2219       int[] mappedTo = mapping.locateInTo(start, end);
2220       /*
2221        * if whole exon range doesn't map, try interpreting it
2222        * as 5' or 3' exon overlapping the CDS range
2223        */
2224       if (mappedTo == null)
2225       {
2226         mappedTo = mapping.locateInTo(end, end);
2227         if (mappedTo != null)
2228         {
2229           /*
2230            * end of exon is in CDS range - 5' overlap
2231            * to a range from the start of the peptide
2232            */
2233           mappedTo[0] = 1;
2234         }
2235       }
2236       if (mappedTo == null)
2237       {
2238         mappedTo = mapping.locateInTo(start, start);
2239         if (mappedTo != null)
2240         {
2241           /*
2242            * start of exon is in CDS range - 3' overlap
2243            * to a range up to the end of the peptide
2244            */
2245           mappedTo[1] = toSeq.getLength();
2246         }
2247       }
2248       if (mappedTo != null)
2249       {
2250         int newBegin = Math.min(mappedTo[0], mappedTo[1]);
2251         int newEnd = Math.max(mappedTo[0], mappedTo[1]);
2252         SequenceFeature copy = new SequenceFeature(sf, newBegin, newEnd,
2253                 sf.getFeatureGroup(), sf.getScore());
2254         copyTo.addSequenceFeature(copy);
2255         count++;
2256       }
2257     }
2258     return count;
2259   }
2260
2261   /**
2262    * Returns a mapping from dna to protein by inspecting sequence features of
2263    * type "CDS" on the dna. A mapping is constructed if the total CDS feature
2264    * length is 3 times the peptide length (optionally after dropping a trailing
2265    * stop codon). This method does not check whether the CDS nucleotide sequence
2266    * translates to the peptide sequence.
2267    * 
2268    * @param dnaSeq
2269    * @param proteinSeq
2270    * @return
2271    */
2272   public static MapList mapCdsToProtein(SequenceI dnaSeq,
2273           SequenceI proteinSeq)
2274   {
2275     List<int[]> ranges = findCdsPositions(dnaSeq);
2276     int mappedDnaLength = MappingUtils.getLength(ranges);
2277
2278     /*
2279      * if not a whole number of codons, truncate mapping
2280      */
2281     int codonRemainder = mappedDnaLength % CODON_LENGTH;
2282     if (codonRemainder > 0)
2283     {
2284       mappedDnaLength -= codonRemainder;
2285       MappingUtils.removeEndPositions(codonRemainder, ranges);
2286     }
2287
2288     int proteinLength = proteinSeq.getLength();
2289     int proteinStart = proteinSeq.getStart();
2290     int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
2291
2292     /*
2293      * incomplete start codon may mean X at start of peptide
2294      * we ignore both for mapping purposes
2295      */
2296     if (proteinSeq.getCharAt(0) == 'X')
2297     {
2298       // todo JAL-2022 support startPhase > 0
2299       proteinStart++;
2300       proteinLength--;
2301     }
2302     List<int[]> proteinRange = new ArrayList<>();
2303
2304     /*
2305      * dna length should map to protein (or protein plus stop codon)
2306      */
2307     int codesForResidues = mappedDnaLength / CODON_LENGTH;
2308     if (codesForResidues == (proteinLength + 1))
2309     {
2310       // assuming extra codon is for STOP and not in peptide
2311       // todo: check trailing codon is indeed a STOP codon
2312       codesForResidues--;
2313       mappedDnaLength -= CODON_LENGTH;
2314       MappingUtils.removeEndPositions(CODON_LENGTH, ranges);
2315     }
2316
2317     if (codesForResidues == proteinLength)
2318     {
2319       proteinRange.add(new int[] { proteinStart, proteinEnd });
2320       return new MapList(ranges, proteinRange, CODON_LENGTH, 1);
2321     }
2322     return null;
2323   }
2324
2325   /**
2326    * Returns a list of CDS ranges found (as sequence positions base 1), i.e. of
2327    * [start, end] positions of sequence features of type "CDS" (or a sub-type of
2328    * CDS in the Sequence Ontology). The ranges are sorted into ascending start
2329    * position order, so this method is only valid for linear CDS in the same
2330    * sense as the protein product.
2331    * 
2332    * @param dnaSeq
2333    * @return
2334    */
2335   protected static List<int[]> findCdsPositions(SequenceI dnaSeq)
2336   {
2337     List<int[]> result = new ArrayList<>();
2338
2339     List<SequenceFeature> sfs = dnaSeq.getFeatures().getFeaturesByOntology(
2340             SequenceOntologyI.CDS);
2341     if (sfs.isEmpty())
2342     {
2343       return result;
2344     }
2345     SequenceFeatures.sortFeatures(sfs, true);
2346
2347     for (SequenceFeature sf : sfs)
2348     {
2349       int phase = 0;
2350       try
2351       {
2352         phase = Integer.parseInt(sf.getPhase());
2353       } catch (NumberFormatException e)
2354       {
2355         // ignore
2356       }
2357       /*
2358        * phase > 0 on first codon means 5' incomplete - skip to the start
2359        * of the next codon; example ENST00000496384
2360        */
2361       int begin = sf.getBegin();
2362       int end = sf.getEnd();
2363       if (result.isEmpty() && phase > 0)
2364       {
2365         begin += phase;
2366         if (begin > end)
2367         {
2368           // shouldn't happen!
2369           System.err
2370                   .println("Error: start phase extends beyond start CDS in "
2371                           + dnaSeq.getName());
2372         }
2373       }
2374       result.add(new int[] { begin, end });
2375     }
2376
2377     /*
2378      * Finally sort ranges by start position. This avoids a dependency on 
2379      * keeping features in order on the sequence (if they are in order anyway,
2380      * the sort will have almost no work to do). The implicit assumption is CDS
2381      * ranges are assembled in order. Other cases should not use this method,
2382      * but instead construct an explicit mapping for CDS (e.g. EMBL parsing).
2383      */
2384     Collections.sort(result, IntRangeComparator.ASCENDING);
2385     return result;
2386   }
2387
2388   /**
2389    * Makes an alignment with a copy of the given sequences, adding in any
2390    * non-redundant sequences which are mapped to by the cross-referenced
2391    * sequences.
2392    * 
2393    * @param seqs
2394    * @param xrefs
2395    * @param dataset
2396    *          the alignment dataset shared by the new copy
2397    * @return
2398    */
2399   public static AlignmentI makeCopyAlignment(SequenceI[] seqs,
2400           SequenceI[] xrefs, AlignmentI dataset)
2401   {
2402     AlignmentI copy = new Alignment(new Alignment(seqs));
2403     copy.setDataset(dataset);
2404     boolean isProtein = !copy.isNucleotide();
2405     SequenceIdMatcher matcher = new SequenceIdMatcher(seqs);
2406     if (xrefs != null)
2407     {
2408       for (SequenceI xref : xrefs)
2409       {
2410         DBRefEntry[] dbrefs = xref.getDBRefs();
2411         if (dbrefs != null)
2412         {
2413           for (DBRefEntry dbref : dbrefs)
2414           {
2415             if (dbref.getMap() == null || dbref.getMap().getTo() == null
2416                     || dbref.getMap().getTo().isProtein() != isProtein)
2417             {
2418               continue;
2419             }
2420             SequenceI mappedTo = dbref.getMap().getTo();
2421             SequenceI match = matcher.findIdMatch(mappedTo);
2422             if (match == null)
2423             {
2424               matcher.add(mappedTo);
2425               copy.addSequence(mappedTo);
2426             }
2427           }
2428         }
2429       }
2430     }
2431     return copy;
2432   }
2433
2434   /**
2435    * Try to align sequences in 'unaligned' to match the alignment of their
2436    * mapped regions in 'aligned'. For example, could use this to align CDS
2437    * sequences which are mapped to their parent cDNA sequences.
2438    * 
2439    * This method handles 1:1 mappings (dna-to-dna or protein-to-protein). For
2440    * dna-to-protein or protein-to-dna use alternative methods.
2441    * 
2442    * @param unaligned
2443    *          sequences to be aligned
2444    * @param aligned
2445    *          holds aligned sequences and their mappings
2446    * @return
2447    */
2448   public static int alignAs(AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned)
2449   {
2450     /*
2451      * easy case - aligning a copy of aligned sequences
2452      */
2453     if (alignAsSameSequences(unaligned, aligned))
2454     {
2455       return unaligned.getHeight();
2456     }
2457
2458     /*
2459      * fancy case - aligning via mappings between sequences
2460      */
2461     List<SequenceI> unmapped = new ArrayList<>();
2462     Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> columnMap = buildMappedColumnsMap(
2463             unaligned, aligned, unmapped);
2464     int width = columnMap.size();
2465     char gap = unaligned.getGapCharacter();
2466     int realignedCount = 0;
2467     // TODO: verify this loop scales sensibly for very wide/high alignments
2468
2469     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2470     {
2471       if (!unmapped.contains(seq))
2472       {
2473         char[] newSeq = new char[width];
2474         Arrays.fill(newSeq, gap); // JBPComment - doubt this is faster than the
2475                                   // Integer iteration below
2476         int newCol = 0;
2477         int lastCol = 0;
2478
2479         /*
2480          * traverse the map to find columns populated
2481          * by our sequence
2482          */
2483         for (Integer column : columnMap.keySet())
2484         {
2485           Character c = columnMap.get(column).get(seq);
2486           if (c != null)
2487           {
2488             /*
2489              * sequence has a character at this position
2490              * 
2491              */
2492             newSeq[newCol] = c;
2493             lastCol = newCol;
2494           }
2495           newCol++;
2496         }
2497
2498         /*
2499          * trim trailing gaps
2500          */
2501         if (lastCol < width)
2502         {
2503           char[] tmp = new char[lastCol + 1];
2504           System.arraycopy(newSeq, 0, tmp, 0, lastCol + 1);
2505           newSeq = tmp;
2506         }
2507         // TODO: optimise SequenceI to avoid char[]->String->char[]
2508         seq.setSequence(String.valueOf(newSeq));
2509         realignedCount++;
2510       }
2511     }
2512     return realignedCount;
2513   }
2514
2515   /**
2516    * If unaligned and aligned sequences share the same dataset sequences, then
2517    * simply copies the aligned sequences to the unaligned sequences and returns
2518    * true; else returns false
2519    * 
2520    * @param unaligned
2521    *                    - sequences to be aligned based on aligned
2522    * @param aligned
2523    *                    - 'guide' alignment containing sequences derived from same
2524    *                    dataset as unaligned
2525    * @return
2526    */
2527   static boolean alignAsSameSequences(AlignmentI unaligned,
2528           AlignmentI aligned)
2529   {
2530     if (aligned.getDataset() == null || unaligned.getDataset() == null)
2531     {
2532       return false; // should only pass alignments with datasets here
2533     }
2534
2535     // map from dataset sequence to alignment sequence(s)
2536     Map<SequenceI, List<SequenceI>> alignedDatasets = new HashMap<>();
2537     for (SequenceI seq : aligned.getSequences())
2538     {
2539       SequenceI ds = seq.getDatasetSequence();
2540       if (alignedDatasets.get(ds) == null)
2541       {
2542         alignedDatasets.put(ds, new ArrayList<SequenceI>());
2543       }
2544       alignedDatasets.get(ds).add(seq);
2545     }
2546
2547     /*
2548      * first pass - check whether all sequences to be aligned share a 
2549      * dataset sequence with an aligned sequence; also note the leftmost
2550      * ungapped column from which to copy
2551      */
2552     int leftmost = Integer.MAX_VALUE;
2553     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2554     {
2555       final SequenceI ds = seq.getDatasetSequence();
2556       if (!alignedDatasets.containsKey(ds))
2557       {
2558         return false;
2559       }
2560       SequenceI alignedSeq = alignedDatasets.get(ds)
2561               .get(0);
2562       int startCol = alignedSeq.findIndex(seq.getStart()); // 1..
2563       leftmost = Math.min(leftmost, startCol);
2564     }
2565
2566     /*
2567      * second pass - copy aligned sequences;
2568      * heuristic rule: pair off sequences in order for the case where 
2569      * more than one shares the same dataset sequence 
2570      */
2571     final char gapCharacter = aligned.getGapCharacter();
2572     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2573     {
2574       List<SequenceI> alignedSequences = alignedDatasets
2575               .get(seq.getDatasetSequence());
2576       if (alignedSequences.isEmpty())
2577       {
2578         /*
2579          * defensive check - shouldn't happen! (JAL-3536)
2580          */
2581         continue;
2582       }
2583       SequenceI alignedSeq = alignedSequences.get(0);
2584
2585       /*
2586        * gap fill for leading (5') UTR if any
2587        */
2588       // TODO this copies intron columns - wrong!
2589       int startCol = alignedSeq.findIndex(seq.getStart()); // 1..
2590       int endCol = alignedSeq.findIndex(seq.getEnd());
2591       char[] seqchars = new char[endCol - leftmost + 1];
2592       Arrays.fill(seqchars, gapCharacter);
2593       char[] toCopy = alignedSeq.getSequence(startCol - 1, endCol);
2594       System.arraycopy(toCopy, 0, seqchars, startCol - leftmost,
2595               toCopy.length);
2596       seq.setSequence(String.valueOf(seqchars));
2597       if (alignedSequences.size() > 0)
2598       {
2599         // pop off aligned sequences (except the last one)
2600         alignedSequences.remove(0);
2601       }
2602     }
2603
2604     /*
2605      * finally remove gapped columns (e.g. introns)
2606      */
2607     new RemoveGapColCommand("", unaligned.getSequencesArray(), 0,
2608             unaligned.getWidth() - 1, unaligned);
2609
2610     return true;
2611   }
2612
2613   /**
2614    * Returns a map whose key is alignment column number (base 1), and whose
2615    * values are a map of sequence characters in that column.
2616    * 
2617    * @param unaligned
2618    * @param aligned
2619    * @param unmapped
2620    * @return
2621    */
2622   static SortedMap<Integer, Map<SequenceI, Character>> buildMappedColumnsMap(
2623           AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned,
2624           List<SequenceI> unmapped)
2625   {
2626     /*
2627      * Map will hold, for each aligned column position, a map of
2628      * {unalignedSequence, characterPerSequence} at that position.
2629      * TreeMap keeps the entries in ascending column order. 
2630      */
2631     SortedMap<Integer, Map<SequenceI, Character>> map = new TreeMap<>();
2632
2633     /*
2634      * record any sequences that have no mapping so can't be realigned
2635      */
2636     unmapped.addAll(unaligned.getSequences());
2637
2638     List<AlignedCodonFrame> mappings = aligned.getCodonFrames();
2639
2640     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2641     {
2642       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
2643       {
2644         SequenceI fromSeq = mapping.findAlignedSequence(seq, aligned);
2645         if (fromSeq != null)
2646         {
2647           Mapping seqMap = mapping.getMappingBetween(fromSeq, seq);
2648           if (addMappedPositions(seq, fromSeq, seqMap, map))
2649           {
2650             unmapped.remove(seq);
2651           }
2652         }
2653       }
2654     }
2655     return map;
2656   }
2657
2658   /**
2659    * Helper method that adds to a map the mapped column positions of a sequence.
2660    * <br>
2661    * For example if aaTT-Tg-gAAA is mapped to TTTAAA then the map should record
2662    * that columns 3,4,6,10,11,12 map to characters T,T,T,A,A,A of the mapped to
2663    * sequence.
2664    * 
2665    * @param seq
2666    *          the sequence whose column positions we are recording
2667    * @param fromSeq
2668    *          a sequence that is mapped to the first sequence
2669    * @param seqMap
2670    *          the mapping from 'fromSeq' to 'seq'
2671    * @param map
2672    *          a map to add the column positions (in fromSeq) of the mapped
2673    *          positions of seq
2674    * @return
2675    */
2676   static boolean addMappedPositions(SequenceI seq, SequenceI fromSeq,
2677           Mapping seqMap, Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> map)
2678   {
2679     if (seqMap == null)
2680     {
2681       return false;
2682     }
2683
2684     /*
2685      * invert mapping if it is from unaligned to aligned sequence
2686      */
2687     if (seqMap.getTo() == fromSeq.getDatasetSequence())
2688     {
2689       seqMap = new Mapping(seq.getDatasetSequence(),
2690               seqMap.getMap().getInverse());
2691     }
2692
2693     int toStart = seq.getStart();
2694
2695     /*
2696      * traverse [start, end, start, end...] ranges in fromSeq
2697      */
2698     for (int[] fromRange : seqMap.getMap().getFromRanges())
2699     {
2700       for (int i = 0; i < fromRange.length - 1; i += 2)
2701       {
2702         boolean forward = fromRange[i + 1] >= fromRange[i];
2703
2704         /*
2705          * find the range mapped to (sequence positions base 1)
2706          */
2707         int[] range = seqMap.locateMappedRange(fromRange[i],
2708                 fromRange[i + 1]);
2709         if (range == null)
2710         {
2711           System.err.println("Error in mapping " + seqMap + " from "
2712                   + fromSeq.getName());
2713           return false;
2714         }
2715         int fromCol = fromSeq.findIndex(fromRange[i]);
2716         int mappedCharPos = range[0];
2717
2718         /*
2719          * walk over the 'from' aligned sequence in forward or reverse
2720          * direction; when a non-gap is found, record the column position
2721          * of the next character of the mapped-to sequence; stop when all
2722          * the characters of the range have been counted
2723          */
2724         while (mappedCharPos <= range[1] && fromCol <= fromSeq.getLength()
2725                 && fromCol >= 0)
2726         {
2727           if (!Comparison.isGap(fromSeq.getCharAt(fromCol - 1)))
2728           {
2729             /*
2730              * mapped from sequence has a character in this column
2731              * record the column position for the mapped to character
2732              */
2733             Map<SequenceI, Character> seqsMap = map.get(fromCol);
2734             if (seqsMap == null)
2735             {
2736               seqsMap = new HashMap<>();
2737               map.put(fromCol, seqsMap);
2738             }
2739             seqsMap.put(seq, seq.getCharAt(mappedCharPos - toStart));
2740             mappedCharPos++;
2741           }
2742           fromCol += (forward ? 1 : -1);
2743         }
2744       }
2745     }
2746     return true;
2747   }
2748
2749   // strictly temporary hack until proper criteria for aligning protein to cds
2750   // are in place; this is so Ensembl -> fetch xrefs Uniprot aligns the Uniprot
2751   public static boolean looksLikeEnsembl(AlignmentI alignment)
2752   {
2753     for (SequenceI seq : alignment.getSequences())
2754     {
2755       String name = seq.getName();
2756       if (!name.startsWith("ENSG") && !name.startsWith("ENST"))
2757       {
2758         return false;
2759       }
2760     }
2761     return true;
2762   }
2763 }