JAL-1601 Create alignment copying method in AlignmentUtils
[jalview.git] / src / jalview / analysis / AlignmentUtils.java
1 /*
2  * Jalview - A Sequence Alignment Editor and Viewer ($$Version-Rel$$)
3  * Copyright (C) $$Year-Rel$$ The Jalview Authors
4  * 
5  * This file is part of Jalview.
6  * 
7  * Jalview is free software: you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU General Public License 
9  * as published by the Free Software Foundation, either version 3
10  * of the License, or (at your option) any later version.
11  *  
12  * Jalview is distributed in the hope that it will be useful, but 
13  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty 
14  * of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR 
15  * PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
16  * 
17  * You should have received a copy of the GNU General Public License
18  * along with Jalview.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
19  * The Jalview Authors are detailed in the 'AUTHORS' file.
20  */
21 package jalview.analysis;
22
23 import java.util.Locale;
24
25 import java.util.ArrayList;
26 import java.util.Arrays;
27 import java.util.Collection;
28 import java.util.Collections;
29 import java.util.HashMap;
30 import java.util.HashSet;
31 import java.util.Iterator;
32 import java.util.LinkedHashMap;
33 import java.util.List;
34 import java.util.Map;
35 import java.util.Map.Entry;
36 import java.util.NoSuchElementException;
37 import java.util.Set;
38 import java.util.SortedMap;
39 import java.util.TreeMap;
40
41 import jalview.bin.Console;
42 import jalview.commands.RemoveGapColCommand;
43 import jalview.datamodel.AlignedCodon;
44 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame;
45 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame.SequenceToSequenceMapping;
46 import jalview.datamodel.Alignment;
47 import jalview.datamodel.AlignmentAnnotation;
48 import jalview.datamodel.AlignmentI;
49 import jalview.datamodel.DBRefEntry;
50 import jalview.datamodel.GeneLociI;
51 import jalview.datamodel.HiddenColumns;
52 import jalview.datamodel.IncompleteCodonException;
53 import jalview.datamodel.Mapping;
54 import jalview.datamodel.Sequence;
55 import jalview.datamodel.SequenceFeature;
56 import jalview.datamodel.SequenceGroup;
57 import jalview.datamodel.SequenceI;
58 import jalview.datamodel.features.SequenceFeatures;
59 import jalview.io.gff.SequenceOntologyI;
60 import jalview.schemes.ResidueProperties;
61 import jalview.util.Comparison;
62 import jalview.util.DBRefUtils;
63 import jalview.util.IntRangeComparator;
64 import jalview.util.MapList;
65 import jalview.util.MappingUtils;
66
67 /**
68  * grab bag of useful alignment manipulation operations Expect these to be
69  * refactored elsewhere at some point.
70  * 
71  * @author jimp
72  * 
73  */
74 public class AlignmentUtils
75 {
76   private static final int CODON_LENGTH = 3;
77
78   private static final String SEQUENCE_VARIANT = "sequence_variant:";
79
80   /*
81    * the 'id' attribute is provided for variant features fetched from
82    * Ensembl using its REST service with JSON format 
83    */
84   public static final String VARIANT_ID = "id";
85
86   /**
87    * A data model to hold the 'normal' base value at a position, and an optional
88    * sequence variant feature
89    */
90   static final class DnaVariant
91   {
92     final String base;
93
94     SequenceFeature variant;
95
96     DnaVariant(String nuc)
97     {
98       base = nuc;
99       variant = null;
100     }
101
102     DnaVariant(String nuc, SequenceFeature var)
103     {
104       base = nuc;
105       variant = var;
106     }
107
108     public String getSource()
109     {
110       return variant == null ? null : variant.getFeatureGroup();
111     }
112
113     /**
114      * toString for aid in the debugger only
115      */
116     @Override
117     public String toString()
118     {
119       return base + ":" + (variant == null ? "" : variant.getDescription());
120     }
121   }
122
123   /**
124    * given an existing alignment, create a new alignment including all, or up to
125    * flankSize additional symbols from each sequence's dataset sequence
126    * 
127    * @param core
128    * @param flankSize
129    * @return AlignmentI
130    */
131   public static AlignmentI expandContext(AlignmentI core, int flankSize)
132   {
133     List<SequenceI> sq = new ArrayList<>();
134     int maxoffset = 0;
135     for (SequenceI s : core.getSequences())
136     {
137       SequenceI newSeq = s.deriveSequence();
138       final int newSeqStart = newSeq.getStart() - 1;
139       if (newSeqStart > maxoffset
140               && newSeq.getDatasetSequence().getStart() < s.getStart())
141       {
142         maxoffset = newSeqStart;
143       }
144       sq.add(newSeq);
145     }
146     if (flankSize > -1)
147     {
148       maxoffset = Math.min(maxoffset, flankSize);
149     }
150
151     /*
152      * now add offset left and right to create an expanded alignment
153      */
154     for (SequenceI s : sq)
155     {
156       SequenceI ds = s;
157       while (ds.getDatasetSequence() != null)
158       {
159         ds = ds.getDatasetSequence();
160       }
161       int s_end = s.findPosition(s.getStart() + s.getLength());
162       // find available flanking residues for sequence
163       int ustream_ds = s.getStart() - ds.getStart();
164       int dstream_ds = ds.getEnd() - s_end;
165
166       // build new flanked sequence
167
168       // compute gap padding to start of flanking sequence
169       int offset = maxoffset - ustream_ds;
170
171       // padding is gapChar x ( maxoffset - min(ustream_ds, flank)
172       if (flankSize >= 0)
173       {
174         if (flankSize < ustream_ds)
175         {
176           // take up to flankSize residues
177           offset = maxoffset - flankSize;
178           ustream_ds = flankSize;
179         }
180         if (flankSize <= dstream_ds)
181         {
182           dstream_ds = flankSize - 1;
183         }
184       }
185       // TODO use Character.toLowerCase to avoid creating String objects?
186       char[] upstream = new String(ds
187               .getSequence(s.getStart() - 1 - ustream_ds, s.getStart() - 1))
188                       .toLowerCase(Locale.ROOT).toCharArray();
189       char[] downstream = new String(
190               ds.getSequence(s_end - 1, s_end + dstream_ds))
191                       .toLowerCase(Locale.ROOT).toCharArray();
192       char[] coreseq = s.getSequence();
193       char[] nseq = new char[offset + upstream.length + downstream.length
194               + coreseq.length];
195       char c = core.getGapCharacter();
196
197       int p = 0;
198       for (; p < offset; p++)
199       {
200         nseq[p] = c;
201       }
202
203       System.arraycopy(upstream, 0, nseq, p, upstream.length);
204       System.arraycopy(coreseq, 0, nseq, p + upstream.length,
205               coreseq.length);
206       System.arraycopy(downstream, 0, nseq,
207               p + coreseq.length + upstream.length, downstream.length);
208       s.setSequence(new String(nseq));
209       s.setStart(s.getStart() - ustream_ds);
210       s.setEnd(s_end + downstream.length);
211     }
212     AlignmentI newAl = new jalview.datamodel.Alignment(
213             sq.toArray(new SequenceI[0]));
214     for (SequenceI s : sq)
215     {
216       if (s.getAnnotation() != null)
217       {
218         for (AlignmentAnnotation aa : s.getAnnotation())
219         {
220           aa.adjustForAlignment(); // JAL-1712 fix
221           newAl.addAnnotation(aa);
222         }
223       }
224     }
225     newAl.setDataset(core.getDataset());
226     return newAl;
227   }
228
229   /**
230    * Returns the index (zero-based position) of a sequence in an alignment, or
231    * -1 if not found.
232    * 
233    * @param al
234    * @param seq
235    * @return
236    */
237   public static int getSequenceIndex(AlignmentI al, SequenceI seq)
238   {
239     int result = -1;
240     int pos = 0;
241     for (SequenceI alSeq : al.getSequences())
242     {
243       if (alSeq == seq)
244       {
245         result = pos;
246         break;
247       }
248       pos++;
249     }
250     return result;
251   }
252
253   /**
254    * Returns a map of lists of sequences in the alignment, keyed by sequence
255    * name. For use in mapping between different alignment views of the same
256    * sequences.
257    * 
258    * @see jalview.datamodel.AlignmentI#getSequencesByName()
259    */
260   public static Map<String, List<SequenceI>> getSequencesByName(
261           AlignmentI al)
262   {
263     Map<String, List<SequenceI>> theMap = new LinkedHashMap<>();
264     for (SequenceI seq : al.getSequences())
265     {
266       String name = seq.getName();
267       if (name != null)
268       {
269         List<SequenceI> seqs = theMap.get(name);
270         if (seqs == null)
271         {
272           seqs = new ArrayList<>();
273           theMap.put(name, seqs);
274         }
275         seqs.add(seq);
276       }
277     }
278     return theMap;
279   }
280
281   /**
282    * Build mapping of protein to cDNA alignment. Mappings are made between
283    * sequences where the cDNA translates to the protein sequence. Any new
284    * mappings are added to the protein alignment. Returns true if any mappings
285    * either already exist or were added, else false.
286    * 
287    * @param proteinAlignment
288    * @param cdnaAlignment
289    * @return
290    */
291   public static boolean mapProteinAlignmentToCdna(
292           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment)
293   {
294     if (proteinAlignment == null || cdnaAlignment == null)
295     {
296       return false;
297     }
298
299     Set<SequenceI> mappedDna = new HashSet<>();
300     Set<SequenceI> mappedProtein = new HashSet<>();
301
302     /*
303      * First pass - map sequences where cross-references exist. This include
304      * 1-to-many mappings to support, for example, variant cDNA.
305      */
306     boolean mappingPerformed = mapProteinToCdna(proteinAlignment,
307             cdnaAlignment, mappedDna, mappedProtein, true);
308
309     /*
310      * Second pass - map sequences where no cross-references exist. This only
311      * does 1-to-1 mappings and assumes corresponding sequences are in the same
312      * order in the alignments.
313      */
314     mappingPerformed |= mapProteinToCdna(proteinAlignment, cdnaAlignment,
315             mappedDna, mappedProtein, false);
316     return mappingPerformed;
317   }
318
319   /**
320    * Make mappings between compatible sequences (where the cDNA translation
321    * matches the protein).
322    * 
323    * @param proteinAlignment
324    * @param cdnaAlignment
325    * @param mappedDna
326    *          a set of mapped DNA sequences (to add to)
327    * @param mappedProtein
328    *          a set of mapped Protein sequences (to add to)
329    * @param xrefsOnly
330    *          if true, only map sequences where xrefs exist
331    * @return
332    */
333   protected static boolean mapProteinToCdna(
334           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment,
335           Set<SequenceI> mappedDna, Set<SequenceI> mappedProtein,
336           boolean xrefsOnly)
337   {
338     boolean mappingExistsOrAdded = false;
339     List<SequenceI> thisSeqs = proteinAlignment.getSequences();
340     for (SequenceI aaSeq : thisSeqs)
341     {
342       boolean proteinMapped = false;
343       AlignedCodonFrame acf = new AlignedCodonFrame();
344
345       for (SequenceI cdnaSeq : cdnaAlignment.getSequences())
346       {
347         /*
348          * Always try to map if sequences have xref to each other; this supports
349          * variant cDNA or alternative splicing for a protein sequence.
350          * 
351          * If no xrefs, try to map progressively, assuming that alignments have
352          * mappable sequences in corresponding order. These are not
353          * many-to-many, as that would risk mixing species with similar cDNA
354          * sequences.
355          */
356         if (xrefsOnly && !AlignmentUtils.haveCrossRef(aaSeq, cdnaSeq))
357         {
358           continue;
359         }
360
361         /*
362          * Don't map non-xrefd sequences more than once each. This heuristic
363          * allows us to pair up similar sequences in ordered alignments.
364          */
365         if (!xrefsOnly && (mappedProtein.contains(aaSeq)
366                 || mappedDna.contains(cdnaSeq)))
367         {
368           continue;
369         }
370         if (mappingExists(proteinAlignment.getCodonFrames(),
371                 aaSeq.getDatasetSequence(), cdnaSeq.getDatasetSequence()))
372         {
373           mappingExistsOrAdded = true;
374         }
375         else
376         {
377           MapList map = mapCdnaToProtein(aaSeq, cdnaSeq);
378           if (map != null)
379           {
380             acf.addMap(cdnaSeq, aaSeq, map);
381             mappingExistsOrAdded = true;
382             proteinMapped = true;
383             mappedDna.add(cdnaSeq);
384             mappedProtein.add(aaSeq);
385           }
386         }
387       }
388       if (proteinMapped)
389       {
390         proteinAlignment.addCodonFrame(acf);
391       }
392     }
393     return mappingExistsOrAdded;
394   }
395
396   /**
397    * Answers true if the mappings include one between the given (dataset)
398    * sequences.
399    */
400   protected static boolean mappingExists(List<AlignedCodonFrame> mappings,
401           SequenceI aaSeq, SequenceI cdnaSeq)
402   {
403     if (mappings != null)
404     {
405       for (AlignedCodonFrame acf : mappings)
406       {
407         if (cdnaSeq == acf.getDnaForAaSeq(aaSeq))
408         {
409           return true;
410         }
411       }
412     }
413     return false;
414   }
415
416   /**
417    * Builds a mapping (if possible) of a cDNA to a protein sequence.
418    * <ul>
419    * <li>first checks if the cdna translates exactly to the protein
420    * sequence</li>
421    * <li>else checks for translation after removing a STOP codon</li>
422    * <li>else checks for translation after removing a START codon</li>
423    * <li>if that fails, inspect CDS features on the cDNA sequence</li>
424    * </ul>
425    * Returns null if no mapping is determined.
426    * 
427    * @param proteinSeq
428    *          the aligned protein sequence
429    * @param cdnaSeq
430    *          the aligned cdna sequence
431    * @return
432    */
433   public static MapList mapCdnaToProtein(SequenceI proteinSeq,
434           SequenceI cdnaSeq)
435   {
436     /*
437      * Here we handle either dataset sequence set (desktop) or absent (applet).
438      * Use only the char[] form of the sequence to avoid creating possibly large
439      * String objects.
440      */
441     final SequenceI proteinDataset = proteinSeq.getDatasetSequence();
442     char[] aaSeqChars = proteinDataset != null
443             ? proteinDataset.getSequence()
444             : proteinSeq.getSequence();
445     final SequenceI cdnaDataset = cdnaSeq.getDatasetSequence();
446     char[] cdnaSeqChars = cdnaDataset != null ? cdnaDataset.getSequence()
447             : cdnaSeq.getSequence();
448     if (aaSeqChars == null || cdnaSeqChars == null)
449     {
450       return null;
451     }
452
453     /*
454      * cdnaStart/End, proteinStartEnd are base 1 (for dataset sequence mapping)
455      */
456     final int mappedLength = CODON_LENGTH * aaSeqChars.length;
457     int cdnaLength = cdnaSeqChars.length;
458     int cdnaStart = cdnaSeq.getStart();
459     int cdnaEnd = cdnaSeq.getEnd();
460     final int proteinStart = proteinSeq.getStart();
461     final int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
462
463     /*
464      * If lengths don't match, try ignoring stop codon (if present)
465      */
466     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2)
467     {
468       String lastCodon = String.valueOf(cdnaSeqChars,
469               cdnaLength - CODON_LENGTH, CODON_LENGTH)
470               .toUpperCase(Locale.ROOT);
471       for (String stop : ResidueProperties.STOP_CODONS)
472       {
473         if (lastCodon.equals(stop))
474         {
475           cdnaEnd -= CODON_LENGTH;
476           cdnaLength -= CODON_LENGTH;
477           break;
478         }
479       }
480     }
481
482     /*
483      * If lengths still don't match, try ignoring start codon.
484      */
485     int startOffset = 0;
486     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2
487             && String.valueOf(cdnaSeqChars, 0, CODON_LENGTH)
488                     .toUpperCase(Locale.ROOT)
489                     .equals(ResidueProperties.START))
490     {
491       startOffset += CODON_LENGTH;
492       cdnaStart += CODON_LENGTH;
493       cdnaLength -= CODON_LENGTH;
494     }
495
496     if (translatesAs(cdnaSeqChars, startOffset, aaSeqChars))
497     {
498       /*
499        * protein is translation of dna (+/- start/stop codons)
500        */
501       MapList map = new MapList(new int[] { cdnaStart, cdnaEnd },
502               new int[]
503               { proteinStart, proteinEnd }, CODON_LENGTH, 1);
504       return map;
505     }
506
507     /*
508      * translation failed - try mapping CDS annotated regions of dna
509      */
510     return mapCdsToProtein(cdnaSeq, proteinSeq);
511   }
512
513   /**
514    * Test whether the given cdna sequence, starting at the given offset,
515    * translates to the given amino acid sequence, using the standard translation
516    * table. Designed to fail fast i.e. as soon as a mismatch position is found.
517    * 
518    * @param cdnaSeqChars
519    * @param cdnaStart
520    * @param aaSeqChars
521    * @return
522    */
523   protected static boolean translatesAs(char[] cdnaSeqChars, int cdnaStart,
524           char[] aaSeqChars)
525   {
526     if (cdnaSeqChars == null || aaSeqChars == null)
527     {
528       return false;
529     }
530
531     int aaPos = 0;
532     int dnaPos = cdnaStart;
533     for (; dnaPos < cdnaSeqChars.length - 2
534             && aaPos < aaSeqChars.length; dnaPos += CODON_LENGTH, aaPos++)
535     {
536       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
537       final String translated = ResidueProperties.codonTranslate(codon);
538
539       /*
540        * allow * in protein to match untranslatable in dna
541        */
542       final char aaRes = aaSeqChars[aaPos];
543       if ((translated == null || ResidueProperties.STOP.equals(translated))
544               && aaRes == '*')
545       {
546         continue;
547       }
548       if (translated == null || !(aaRes == translated.charAt(0)))
549       {
550         // debug
551         // System.out.println(("Mismatch at " + i + "/" + aaResidue + ": "
552         // + codon + "(" + translated + ") != " + aaRes));
553         return false;
554       }
555     }
556
557     /*
558      * check we matched all of the protein sequence
559      */
560     if (aaPos != aaSeqChars.length)
561     {
562       return false;
563     }
564
565     /*
566      * check we matched all of the dna except
567      * for optional trailing STOP codon
568      */
569     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length)
570     {
571       return true;
572     }
573     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length - CODON_LENGTH)
574     {
575       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
576       if (ResidueProperties.STOP
577               .equals(ResidueProperties.codonTranslate(codon)))
578       {
579         return true;
580       }
581     }
582     return false;
583   }
584
585   /**
586    * Align sequence 'seq' to match the alignment of a mapped sequence. Note this
587    * currently assumes that we are aligning cDNA to match protein.
588    * 
589    * @param seq
590    *          the sequence to be realigned
591    * @param al
592    *          the alignment whose sequence alignment is to be 'copied'
593    * @param gap
594    *          character string represent a gap in the realigned sequence
595    * @param preserveUnmappedGaps
596    * @param preserveMappedGaps
597    * @return true if the sequence was realigned, false if it could not be
598    */
599   public static boolean alignSequenceAs(SequenceI seq, AlignmentI al,
600           String gap, boolean preserveMappedGaps,
601           boolean preserveUnmappedGaps)
602   {
603     /*
604      * Get any mappings from the source alignment to the target (dataset)
605      * sequence.
606      */
607     // TODO there may be one AlignedCodonFrame per dataset sequence, or one with
608     // all mappings. Would it help to constrain this?
609     List<AlignedCodonFrame> mappings = al.getCodonFrame(seq);
610     if (mappings == null || mappings.isEmpty())
611     {
612       return false;
613     }
614
615     /*
616      * Locate the aligned source sequence whose dataset sequence is mapped. We
617      * just take the first match here (as we can't align like more than one
618      * sequence).
619      */
620     SequenceI alignFrom = null;
621     AlignedCodonFrame mapping = null;
622     for (AlignedCodonFrame mp : mappings)
623     {
624       alignFrom = mp.findAlignedSequence(seq, al);
625       if (alignFrom != null)
626       {
627         mapping = mp;
628         break;
629       }
630     }
631
632     if (alignFrom == null)
633     {
634       return false;
635     }
636     alignSequenceAs(seq, alignFrom, mapping, gap, al.getGapCharacter(),
637             preserveMappedGaps, preserveUnmappedGaps);
638     return true;
639   }
640
641   /**
642    * Align sequence 'alignTo' the same way as 'alignFrom', using the mapping to
643    * match residues and codons. Flags control whether existing gaps in unmapped
644    * (intron) and mapped (exon) regions are preserved or not. Gaps between
645    * intron and exon are only retained if both flags are set.
646    * 
647    * @param alignTo
648    * @param alignFrom
649    * @param mapping
650    * @param myGap
651    * @param sourceGap
652    * @param preserveUnmappedGaps
653    * @param preserveMappedGaps
654    */
655   public static void alignSequenceAs(SequenceI alignTo, SequenceI alignFrom,
656           AlignedCodonFrame mapping, String myGap, char sourceGap,
657           boolean preserveMappedGaps, boolean preserveUnmappedGaps)
658   {
659     // TODO generalise to work for Protein-Protein, dna-dna, dna-protein
660
661     // aligned and dataset sequence positions, all base zero
662     int thisSeqPos = 0;
663     int sourceDsPos = 0;
664
665     int basesWritten = 0;
666     char myGapChar = myGap.charAt(0);
667     int ratio = myGap.length();
668
669     int fromOffset = alignFrom.getStart() - 1;
670     int toOffset = alignTo.getStart() - 1;
671     int sourceGapMappedLength = 0;
672     boolean inExon = false;
673     final int toLength = alignTo.getLength();
674     final int fromLength = alignFrom.getLength();
675     StringBuilder thisAligned = new StringBuilder(2 * toLength);
676
677     /*
678      * Traverse the 'model' aligned sequence
679      */
680     for (int i = 0; i < fromLength; i++)
681     {
682       char sourceChar = alignFrom.getCharAt(i);
683       if (sourceChar == sourceGap)
684       {
685         sourceGapMappedLength += ratio;
686         continue;
687       }
688
689       /*
690        * Found a non-gap character. Locate its mapped region if any.
691        */
692       sourceDsPos++;
693       // Note mapping positions are base 1, our sequence positions base 0
694       int[] mappedPos = mapping.getMappedRegion(alignTo, alignFrom,
695               sourceDsPos + fromOffset);
696       if (mappedPos == null)
697       {
698         /*
699          * unmapped position; treat like a gap
700          */
701         sourceGapMappedLength += ratio;
702         // System.err.println("Can't align: no codon mapping to residue "
703         // + sourceDsPos + "(" + sourceChar + ")");
704         // return;
705         continue;
706       }
707
708       int mappedCodonStart = mappedPos[0]; // position (1...) of codon start
709       int mappedCodonEnd = mappedPos[mappedPos.length - 1]; // codon end pos
710       StringBuilder trailingCopiedGap = new StringBuilder();
711
712       /*
713        * Copy dna sequence up to and including this codon. Optionally, include
714        * gaps before the codon starts (in introns) and/or after the codon starts
715        * (in exons).
716        * 
717        * Note this only works for 'linear' splicing, not reverse or interleaved.
718        * But then 'align dna as protein' doesn't make much sense otherwise.
719        */
720       int intronLength = 0;
721       while (basesWritten + toOffset < mappedCodonEnd
722               && thisSeqPos < toLength)
723       {
724         final char c = alignTo.getCharAt(thisSeqPos++);
725         if (c != myGapChar)
726         {
727           basesWritten++;
728           int sourcePosition = basesWritten + toOffset;
729           if (sourcePosition < mappedCodonStart)
730           {
731             /*
732              * Found an unmapped (intron) base. First add in any preceding gaps
733              * (if wanted).
734              */
735             if (preserveUnmappedGaps && trailingCopiedGap.length() > 0)
736             {
737               thisAligned.append(trailingCopiedGap.toString());
738               intronLength += trailingCopiedGap.length();
739               trailingCopiedGap = new StringBuilder();
740             }
741             intronLength++;
742             inExon = false;
743           }
744           else
745           {
746             final boolean startOfCodon = sourcePosition == mappedCodonStart;
747             int gapsToAdd = calculateGapsToInsert(preserveMappedGaps,
748                     preserveUnmappedGaps, sourceGapMappedLength, inExon,
749                     trailingCopiedGap.length(), intronLength, startOfCodon);
750             for (int k = 0; k < gapsToAdd; k++)
751             {
752               thisAligned.append(myGapChar);
753             }
754             sourceGapMappedLength = 0;
755             inExon = true;
756           }
757           thisAligned.append(c);
758           trailingCopiedGap = new StringBuilder();
759         }
760         else
761         {
762           if (inExon && preserveMappedGaps)
763           {
764             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
765           }
766           else if (!inExon && preserveUnmappedGaps)
767           {
768             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
769           }
770         }
771       }
772     }
773
774     /*
775      * At end of model aligned sequence. Copy any remaining target sequence, optionally
776      * including (intron) gaps.
777      */
778     while (thisSeqPos < toLength)
779     {
780       final char c = alignTo.getCharAt(thisSeqPos++);
781       if (c != myGapChar || preserveUnmappedGaps)
782       {
783         thisAligned.append(c);
784       }
785       sourceGapMappedLength--;
786     }
787
788     /*
789      * finally add gaps to pad for any trailing source gaps or
790      * unmapped characters
791      */
792     if (preserveUnmappedGaps)
793     {
794       while (sourceGapMappedLength > 0)
795       {
796         thisAligned.append(myGapChar);
797         sourceGapMappedLength--;
798       }
799     }
800
801     /*
802      * All done aligning, set the aligned sequence.
803      */
804     alignTo.setSequence(new String(thisAligned));
805   }
806
807   /**
808    * Helper method to work out how many gaps to insert when realigning.
809    * 
810    * @param preserveMappedGaps
811    * @param preserveUnmappedGaps
812    * @param sourceGapMappedLength
813    * @param inExon
814    * @param trailingCopiedGap
815    * @param intronLength
816    * @param startOfCodon
817    * @return
818    */
819   protected static int calculateGapsToInsert(boolean preserveMappedGaps,
820           boolean preserveUnmappedGaps, int sourceGapMappedLength,
821           boolean inExon, int trailingGapLength, int intronLength,
822           final boolean startOfCodon)
823   {
824     int gapsToAdd = 0;
825     if (startOfCodon)
826     {
827       /*
828        * Reached start of codon. Ignore trailing gaps in intron unless we are
829        * preserving gaps in both exon and intron. Ignore them anyway if the
830        * protein alignment introduces a gap at least as large as the intronic
831        * region.
832        */
833       if (inExon && !preserveMappedGaps)
834       {
835         trailingGapLength = 0;
836       }
837       if (!inExon && !(preserveMappedGaps && preserveUnmappedGaps))
838       {
839         trailingGapLength = 0;
840       }
841       if (inExon)
842       {
843         gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
844       }
845       else
846       {
847         if (intronLength + trailingGapLength <= sourceGapMappedLength)
848         {
849           gapsToAdd = sourceGapMappedLength - intronLength;
850         }
851         else
852         {
853           gapsToAdd = Math.min(
854                   intronLength + trailingGapLength - sourceGapMappedLength,
855                   trailingGapLength);
856         }
857       }
858     }
859     else
860     {
861       /*
862        * second or third base of codon; check for any gaps in dna
863        */
864       if (!preserveMappedGaps)
865       {
866         trailingGapLength = 0;
867       }
868       gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
869     }
870     return gapsToAdd;
871   }
872
873   /**
874    * Realigns the given protein to match the alignment of the dna, using codon
875    * mappings to translate aligned codon positions to protein residues.
876    * 
877    * @param protein
878    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
879    * @param dna
880    *          the dna alignment whose alignment we are 'copying'
881    * @return the number of sequences that were realigned
882    */
883   public static int alignProteinAsDna(AlignmentI protein, AlignmentI dna)
884   {
885     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
886     {
887       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
888       return 0;
889     }
890     List<SequenceI> unmappedProtein = new ArrayList<>();
891     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = buildCodonColumnsMap(
892             protein, dna, unmappedProtein);
893     return alignProteinAs(protein, alignedCodons, unmappedProtein);
894   }
895
896   /**
897    * Realigns the given dna to match the alignment of the protein, using codon
898    * mappings to translate aligned peptide positions to codons.
899    * 
900    * Always produces a padded CDS alignment.
901    * 
902    * @param dna
903    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
904    * @param protein
905    *          the protein alignment whose alignment we are 'copying'
906    * @return the number of sequences that were realigned
907    */
908   public static int alignCdsAsProtein(AlignmentI dna, AlignmentI protein)
909   {
910     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
911     {
912       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
913       return 0;
914     }
915     // todo: implement this
916     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
917     int alignedCount = 0;
918     int width = 0; // alignment width for padding CDS
919     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
920     {
921       if (alignCdsSequenceAsProtein(dnaSeq, protein, mappings,
922               dna.getGapCharacter()))
923       {
924         alignedCount++;
925       }
926       width = Math.max(dnaSeq.getLength(), width);
927     }
928     int oldwidth;
929     int diff;
930     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
931     {
932       oldwidth = dnaSeq.getLength();
933       diff = width - oldwidth;
934       if (diff > 0)
935       {
936         dnaSeq.insertCharAt(oldwidth, diff, dna.getGapCharacter());
937       }
938     }
939     return alignedCount;
940   }
941
942   /**
943    * Helper method to align (if possible) the dna sequence to match the
944    * alignment of a mapped protein sequence. This is currently limited to
945    * handling coding sequence only.
946    * 
947    * @param cdsSeq
948    * @param protein
949    * @param mappings
950    * @param gapChar
951    * @return
952    */
953   static boolean alignCdsSequenceAsProtein(SequenceI cdsSeq,
954           AlignmentI protein, List<AlignedCodonFrame> mappings,
955           char gapChar)
956   {
957     SequenceI cdsDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
958     if (cdsDss == null)
959     {
960       System.err
961               .println("alignCdsSequenceAsProtein needs aligned sequence!");
962       return false;
963     }
964
965     List<AlignedCodonFrame> dnaMappings = MappingUtils
966             .findMappingsForSequence(cdsSeq, mappings);
967     for (AlignedCodonFrame mapping : dnaMappings)
968     {
969       SequenceI peptide = mapping.findAlignedSequence(cdsSeq, protein);
970       if (peptide != null)
971       {
972         final int peptideLength = peptide.getLength();
973         Mapping map = mapping.getMappingBetween(cdsSeq, peptide);
974         if (map != null)
975         {
976           MapList mapList = map.getMap();
977           if (map.getTo() == peptide.getDatasetSequence())
978           {
979             mapList = mapList.getInverse();
980           }
981           final int cdsLength = cdsDss.getLength();
982           int mappedFromLength = MappingUtils
983                   .getLength(mapList.getFromRanges());
984           int mappedToLength = MappingUtils
985                   .getLength(mapList.getToRanges());
986           boolean addStopCodon = (cdsLength == mappedFromLength
987                   * CODON_LENGTH + CODON_LENGTH)
988                   || (peptide.getDatasetSequence()
989                           .getLength() == mappedFromLength - 1);
990           if (cdsLength != mappedToLength && !addStopCodon)
991           {
992             System.err.println(String.format(
993                     "Can't align cds as protein (length mismatch %d/%d): %s",
994                     cdsLength, mappedToLength, cdsSeq.getName()));
995           }
996
997           /*
998            * pre-fill the aligned cds sequence with gaps
999            */
1000           char[] alignedCds = new char[peptideLength * CODON_LENGTH
1001                   + (addStopCodon ? CODON_LENGTH : 0)];
1002           Arrays.fill(alignedCds, gapChar);
1003
1004           /*
1005            * walk over the aligned peptide sequence and insert mapped 
1006            * codons for residues in the aligned cds sequence 
1007            */
1008           int copiedBases = 0;
1009           int cdsStart = cdsDss.getStart();
1010           int proteinPos = peptide.getStart() - 1;
1011           int cdsCol = 0;
1012
1013           for (int col = 0; col < peptideLength; col++)
1014           {
1015             char residue = peptide.getCharAt(col);
1016
1017             if (Comparison.isGap(residue))
1018             {
1019               cdsCol += CODON_LENGTH;
1020             }
1021             else
1022             {
1023               proteinPos++;
1024               int[] codon = mapList.locateInTo(proteinPos, proteinPos);
1025               if (codon == null)
1026               {
1027                 // e.g. incomplete start codon, X in peptide
1028                 cdsCol += CODON_LENGTH;
1029               }
1030               else
1031               {
1032                 for (int j = codon[0]; j <= codon[1]; j++)
1033                 {
1034                   char mappedBase = cdsDss.getCharAt(j - cdsStart);
1035                   alignedCds[cdsCol++] = mappedBase;
1036                   copiedBases++;
1037                 }
1038               }
1039             }
1040           }
1041
1042           /*
1043            * append stop codon if not mapped from protein,
1044            * closing it up to the end of the mapped sequence
1045            */
1046           if (copiedBases == cdsLength - CODON_LENGTH)
1047           {
1048             for (int i = alignedCds.length - 1; i >= 0; i--)
1049             {
1050               if (!Comparison.isGap(alignedCds[i]))
1051               {
1052                 cdsCol = i + 1; // gap just after end of sequence
1053                 break;
1054               }
1055             }
1056             for (int i = cdsLength - CODON_LENGTH; i < cdsLength; i++)
1057             {
1058               alignedCds[cdsCol++] = cdsDss.getCharAt(i);
1059             }
1060           }
1061           cdsSeq.setSequence(new String(alignedCds));
1062           return true;
1063         }
1064       }
1065     }
1066     return false;
1067   }
1068
1069   /**
1070    * Builds a map whose key is an aligned codon position (3 alignment column
1071    * numbers base 0), and whose value is a map from protein sequence to each
1072    * protein's peptide residue for that codon. The map generates an ordering of
1073    * the codons, and allows us to read off the peptides at each position in
1074    * order to assemble 'aligned' protein sequences.
1075    * 
1076    * @param protein
1077    *          the protein alignment
1078    * @param dna
1079    *          the coding dna alignment
1080    * @param unmappedProtein
1081    *          any unmapped proteins are added to this list
1082    * @return
1083    */
1084   protected static Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> buildCodonColumnsMap(
1085           AlignmentI protein, AlignmentI dna,
1086           List<SequenceI> unmappedProtein)
1087   {
1088     /*
1089      * maintain a list of any proteins with no mappings - these will be
1090      * rendered 'as is' in the protein alignment as we can't align them
1091      */
1092     unmappedProtein.addAll(protein.getSequences());
1093
1094     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1095
1096     /*
1097      * Map will hold, for each aligned codon position e.g. [3, 5, 6], a map of
1098      * {dnaSequence, {proteinSequence, codonProduct}} at that position. The
1099      * comparator keeps the codon positions ordered.
1100      */
1101     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = new TreeMap<>(
1102             new CodonComparator());
1103
1104     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1105     {
1106       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1107       {
1108         SequenceI prot = mapping.findAlignedSequence(dnaSeq, protein);
1109         if (prot != null)
1110         {
1111           Mapping seqMap = mapping.getMappingForSequence(dnaSeq);
1112           addCodonPositions(dnaSeq, prot, protein.getGapCharacter(), seqMap,
1113                   alignedCodons);
1114           unmappedProtein.remove(prot);
1115         }
1116       }
1117     }
1118
1119     /*
1120      * Finally add any unmapped peptide start residues (e.g. for incomplete
1121      * codons) as if at the codon position before the second residue
1122      */
1123     // TODO resolve JAL-2022 so this fudge can be removed
1124     int mappedSequenceCount = protein.getHeight() - unmappedProtein.size();
1125     addUnmappedPeptideStarts(alignedCodons, mappedSequenceCount);
1126
1127     return alignedCodons;
1128   }
1129
1130   /**
1131    * Scans for any protein mapped from position 2 (meaning unmapped start
1132    * position e.g. an incomplete codon), and synthesizes a 'codon' for it at the
1133    * preceding position in the alignment
1134    * 
1135    * @param alignedCodons
1136    *          the codon-to-peptide map
1137    * @param mappedSequenceCount
1138    *          the number of distinct sequences in the map
1139    */
1140   protected static void addUnmappedPeptideStarts(
1141           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1142           int mappedSequenceCount)
1143   {
1144     // TODO delete this ugly hack once JAL-2022 is resolved
1145     // i.e. we can model startPhase > 0 (incomplete start codon)
1146
1147     List<SequenceI> sequencesChecked = new ArrayList<>();
1148     AlignedCodon lastCodon = null;
1149     Map<SequenceI, AlignedCodon> toAdd = new HashMap<>();
1150
1151     for (Entry<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> entry : alignedCodons
1152             .entrySet())
1153     {
1154       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> sequenceCodon : entry.getValue()
1155               .entrySet())
1156       {
1157         SequenceI seq = sequenceCodon.getKey();
1158         if (sequencesChecked.contains(seq))
1159         {
1160           continue;
1161         }
1162         sequencesChecked.add(seq);
1163         AlignedCodon codon = sequenceCodon.getValue();
1164         if (codon.peptideCol > 1)
1165         {
1166           System.err.println(
1167                   "Problem mapping protein with >1 unmapped start positions: "
1168                           + seq.getName());
1169         }
1170         else if (codon.peptideCol == 1)
1171         {
1172           /*
1173            * first position (peptideCol == 0) was unmapped - add it
1174            */
1175           if (lastCodon != null)
1176           {
1177             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(lastCodon.pos1,
1178                     lastCodon.pos2, lastCodon.pos3,
1179                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1180             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1181           }
1182           else
1183           {
1184             /*
1185              * unmapped residue at start of alignment (no prior column) -
1186              * 'insert' at nominal codon [0, 0, 0]
1187              */
1188             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(0, 0, 0,
1189                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1190             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1191           }
1192         }
1193         if (sequencesChecked.size() == mappedSequenceCount)
1194         {
1195           // no need to check past first mapped position in all sequences
1196           break;
1197         }
1198       }
1199       lastCodon = entry.getKey();
1200     }
1201
1202     /*
1203      * add any new codons safely after iterating over the map
1204      */
1205     for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> startCodon : toAdd.entrySet())
1206     {
1207       addCodonToMap(alignedCodons, startCodon.getValue(),
1208               startCodon.getKey());
1209     }
1210   }
1211
1212   /**
1213    * Update the aligned protein sequences to match the codon alignments given in
1214    * the map.
1215    * 
1216    * @param protein
1217    * @param alignedCodons
1218    *          an ordered map of codon positions (columns), with sequence/peptide
1219    *          values present in each column
1220    * @param unmappedProtein
1221    * @return
1222    */
1223   protected static int alignProteinAs(AlignmentI protein,
1224           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1225           List<SequenceI> unmappedProtein)
1226   {
1227     /*
1228      * prefill peptide sequences with gaps 
1229      */
1230     int alignedWidth = alignedCodons.size();
1231     char[] gaps = new char[alignedWidth];
1232     Arrays.fill(gaps, protein.getGapCharacter());
1233     Map<SequenceI, char[]> peptides = new HashMap<>();
1234     for (SequenceI seq : protein.getSequences())
1235     {
1236       if (!unmappedProtein.contains(seq))
1237       {
1238         peptides.put(seq, Arrays.copyOf(gaps, gaps.length));
1239       }
1240     }
1241
1242     /*
1243      * Traverse the codons left to right (as defined by CodonComparator)
1244      * and insert peptides in each column where the sequence is mapped.
1245      * This gives a peptide 'alignment' where residues are aligned if their
1246      * corresponding codons occupy the same columns in the cdna alignment.
1247      */
1248     int column = 0;
1249     for (AlignedCodon codon : alignedCodons.keySet())
1250     {
1251       final Map<SequenceI, AlignedCodon> columnResidues = alignedCodons
1252               .get(codon);
1253       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> entry : columnResidues.entrySet())
1254       {
1255         char residue = entry.getValue().product.charAt(0);
1256         peptides.get(entry.getKey())[column] = residue;
1257       }
1258       column++;
1259     }
1260
1261     /*
1262      * and finally set the constructed sequences
1263      */
1264     for (Entry<SequenceI, char[]> entry : peptides.entrySet())
1265     {
1266       entry.getKey().setSequence(new String(entry.getValue()));
1267     }
1268
1269     return 0;
1270   }
1271
1272   /**
1273    * Populate the map of aligned codons by traversing the given sequence
1274    * mapping, locating the aligned positions of mapped codons, and adding those
1275    * positions and their translation products to the map.
1276    * 
1277    * @param dna
1278    *          the aligned sequence we are mapping from
1279    * @param protein
1280    *          the sequence to be aligned to the codons
1281    * @param gapChar
1282    *          the gap character in the dna sequence
1283    * @param seqMap
1284    *          a mapping to a sequence translation
1285    * @param alignedCodons
1286    *          the map we are building up
1287    */
1288   static void addCodonPositions(SequenceI dna, SequenceI protein,
1289           char gapChar, Mapping seqMap,
1290           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons)
1291   {
1292     Iterator<AlignedCodon> codons = seqMap.getCodonIterator(dna, gapChar);
1293
1294     /*
1295      * add codon positions, and their peptide translations, to the alignment
1296      * map, while remembering the first codon mapped
1297      */
1298     while (codons.hasNext())
1299     {
1300       try
1301       {
1302         AlignedCodon codon = codons.next();
1303         addCodonToMap(alignedCodons, codon, protein);
1304       } catch (IncompleteCodonException e)
1305       {
1306         // possible incomplete trailing codon - ignore
1307       } catch (NoSuchElementException e)
1308       {
1309         // possibly peptide lacking STOP
1310       }
1311     }
1312   }
1313
1314   /**
1315    * Helper method to add a codon-to-peptide entry to the aligned codons map
1316    * 
1317    * @param alignedCodons
1318    * @param codon
1319    * @param protein
1320    */
1321   protected static void addCodonToMap(
1322           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1323           AlignedCodon codon, SequenceI protein)
1324   {
1325     Map<SequenceI, AlignedCodon> seqProduct = alignedCodons.get(codon);
1326     if (seqProduct == null)
1327     {
1328       seqProduct = new HashMap<>();
1329       alignedCodons.put(codon, seqProduct);
1330     }
1331     seqProduct.put(protein, codon);
1332   }
1333
1334   /**
1335    * Returns true if a cDNA/Protein mapping either exists, or could be made,
1336    * between at least one pair of sequences in the two alignments. Currently,
1337    * the logic is:
1338    * <ul>
1339    * <li>One alignment must be nucleotide, and the other protein</li>
1340    * <li>At least one pair of sequences must be already mapped, or mappable</li>
1341    * <li>Mappable means the nucleotide translation matches the protein
1342    * sequence</li>
1343    * <li>The translation may ignore start and stop codons if present in the
1344    * nucleotide</li>
1345    * </ul>
1346    * 
1347    * @param al1
1348    * @param al2
1349    * @return
1350    */
1351   public static boolean isMappable(AlignmentI al1, AlignmentI al2)
1352   {
1353     if (al1 == null || al2 == null)
1354     {
1355       return false;
1356     }
1357
1358     /*
1359      * Require one nucleotide and one protein
1360      */
1361     if (al1.isNucleotide() == al2.isNucleotide())
1362     {
1363       return false;
1364     }
1365     AlignmentI dna = al1.isNucleotide() ? al1 : al2;
1366     AlignmentI protein = dna == al1 ? al2 : al1;
1367     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1368     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1369     {
1370       for (SequenceI proteinSeq : protein.getSequences())
1371       {
1372         if (isMappable(dnaSeq, proteinSeq, mappings))
1373         {
1374           return true;
1375         }
1376       }
1377     }
1378     return false;
1379   }
1380
1381   /**
1382    * Returns true if the dna sequence is mapped, or could be mapped, to the
1383    * protein sequence.
1384    * 
1385    * @param dnaSeq
1386    * @param proteinSeq
1387    * @param mappings
1388    * @return
1389    */
1390   protected static boolean isMappable(SequenceI dnaSeq,
1391           SequenceI proteinSeq, List<AlignedCodonFrame> mappings)
1392   {
1393     if (dnaSeq == null || proteinSeq == null)
1394     {
1395       return false;
1396     }
1397
1398     SequenceI dnaDs = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1399             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1400     SequenceI proteinDs = proteinSeq.getDatasetSequence() == null
1401             ? proteinSeq
1402             : proteinSeq.getDatasetSequence();
1403
1404     for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1405     {
1406       if (proteinDs == mapping.getAaForDnaSeq(dnaDs))
1407       {
1408         /*
1409          * already mapped
1410          */
1411         return true;
1412       }
1413     }
1414
1415     /*
1416      * Just try to make a mapping (it is not yet stored), test whether
1417      * successful.
1418      */
1419     return mapCdnaToProtein(proteinDs, dnaDs) != null;
1420   }
1421
1422   /**
1423    * Finds any reference annotations associated with the sequences in
1424    * sequenceScope, that are not already added to the alignment, and adds them
1425    * to the 'candidates' map. Also populates a lookup table of annotation
1426    * labels, keyed by calcId, for use in constructing tooltips or the like.
1427    * 
1428    * @param sequenceScope
1429    *          the sequences to scan for reference annotations
1430    * @param labelForCalcId
1431    *          (optional) map to populate with label for calcId
1432    * @param candidates
1433    *          map to populate with annotations for sequence
1434    * @param al
1435    *          the alignment to check for presence of annotations
1436    */
1437   public static void findAddableReferenceAnnotations(
1438           List<SequenceI> sequenceScope, Map<String, String> labelForCalcId,
1439           final Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> candidates,
1440           AlignmentI al)
1441   {
1442     if (sequenceScope == null)
1443     {
1444       return;
1445     }
1446
1447     /*
1448      * For each sequence in scope, make a list of any annotations on the
1449      * underlying dataset sequence which are not already on the alignment.
1450      * 
1451      * Add to a map of { alignmentSequence, <List of annotations to add> }
1452      */
1453     for (SequenceI seq : sequenceScope)
1454     {
1455       SequenceI dataset = seq.getDatasetSequence();
1456       if (dataset == null)
1457       {
1458         continue;
1459       }
1460       AlignmentAnnotation[] datasetAnnotations = dataset.getAnnotation();
1461       if (datasetAnnotations == null)
1462       {
1463         continue;
1464       }
1465       final List<AlignmentAnnotation> result = new ArrayList<>();
1466       for (AlignmentAnnotation dsann : datasetAnnotations)
1467       {
1468         if (dsann.annotations != null) // ignore non-positional annotation
1469         {
1470           /*
1471            * Find matching annotations on the alignment. If none is found, then
1472            * add this annotation to the list of 'addable' annotations for this
1473            * sequence.
1474            */
1475           final Iterable<AlignmentAnnotation> matchedAlignmentAnnotations = al
1476                   .findAnnotations(seq, dsann.getCalcId(), dsann.label);
1477           if (!matchedAlignmentAnnotations.iterator().hasNext())
1478           {
1479             result.add(dsann);
1480             if (labelForCalcId != null)
1481             {
1482               labelForCalcId.put(dsann.getCalcId(), dsann.label);
1483             }
1484           }
1485         }
1486         /*
1487          * Save any addable annotations for this sequence
1488          */
1489         if (!result.isEmpty())
1490         {
1491           candidates.put(seq, result);
1492         }
1493       }
1494     }
1495   }
1496
1497   /**
1498    * Adds annotations to the top of the alignment annotations, in the same order
1499    * as their related sequences.
1500    * 
1501    * @param annotations
1502    *          the annotations to add
1503    * @param alignment
1504    *          the alignment to add them to
1505    * @param selectionGroup
1506    *          current selection group (or null if none)
1507    */
1508   public static void addReferenceAnnotations(
1509           Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> annotations,
1510           final AlignmentI alignment, final SequenceGroup selectionGroup)
1511   {
1512     for (SequenceI seq : annotations.keySet())
1513     {
1514       for (AlignmentAnnotation ann : annotations.get(seq))
1515       {
1516         AlignmentAnnotation copyAnn = new AlignmentAnnotation(ann);
1517         int startRes = 0;
1518         int endRes = ann.annotations.length;
1519         if (selectionGroup != null)
1520         {
1521           startRes = selectionGroup.getStartRes();
1522           endRes = selectionGroup.getEndRes();
1523         }
1524         copyAnn.restrict(startRes, endRes);
1525
1526         /*
1527          * Add to the sequence (sets copyAnn.datasetSequence), unless the
1528          * original annotation is already on the sequence.
1529          */
1530         if (!seq.hasAnnotation(ann))
1531         {
1532           seq.addAlignmentAnnotation(copyAnn);
1533         }
1534         // adjust for gaps
1535         copyAnn.adjustForAlignment();
1536         // add to the alignment and set visible
1537         alignment.addAnnotation(copyAnn);
1538         copyAnn.visible = true;
1539       }
1540     }
1541   }
1542
1543   /**
1544    * Set visibility of alignment annotations of specified types (labels), for
1545    * specified sequences. This supports controls like "Show all secondary
1546    * structure", "Hide all Temp factor", etc.
1547    * 
1548    * @al the alignment to scan for annotations
1549    * @param types
1550    *          the types (labels) of annotations to be updated
1551    * @param forSequences
1552    *          if not null, only annotations linked to one of these sequences are
1553    *          in scope for update; if null, acts on all sequence annotations
1554    * @param anyType
1555    *          if this flag is true, 'types' is ignored (label not checked)
1556    * @param doShow
1557    *          if true, set visibility on, else set off
1558    */
1559   public static void showOrHideSequenceAnnotations(AlignmentI al,
1560           Collection<String> types, List<SequenceI> forSequences,
1561           boolean anyType, boolean doShow)
1562   {
1563     AlignmentAnnotation[] anns = al.getAlignmentAnnotation();
1564     if (anns != null)
1565     {
1566       for (AlignmentAnnotation aa : anns)
1567       {
1568         if (anyType || types.contains(aa.label))
1569         {
1570           if ((aa.sequenceRef != null) && (forSequences == null
1571                   || forSequences.contains(aa.sequenceRef)))
1572           {
1573             aa.visible = doShow;
1574           }
1575         }
1576       }
1577     }
1578   }
1579
1580   /**
1581    * Returns true if either sequence has a cross-reference to the other
1582    * 
1583    * @param seq1
1584    * @param seq2
1585    * @return
1586    */
1587   public static boolean haveCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1588   {
1589     // Note: moved here from class CrossRef as the latter class has dependencies
1590     // not availability to the applet's classpath
1591     return hasCrossRef(seq1, seq2) || hasCrossRef(seq2, seq1);
1592   }
1593
1594   /**
1595    * Returns true if seq1 has a cross-reference to seq2. Currently this assumes
1596    * that sequence name is structured as Source|AccessionId.
1597    * 
1598    * @param seq1
1599    * @param seq2
1600    * @return
1601    */
1602   public static boolean hasCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1603   {
1604     if (seq1 == null || seq2 == null)
1605     {
1606       return false;
1607     }
1608     String name = seq2.getName();
1609     final List<DBRefEntry> xrefs = seq1.getDBRefs();
1610     if (xrefs != null)
1611     {
1612       for (int ix = 0, nx = xrefs.size(); ix < nx; ix++)
1613       {
1614         DBRefEntry xref = xrefs.get(ix);
1615         String xrefName = xref.getSource() + "|" + xref.getAccessionId();
1616         // case-insensitive test, consistent with DBRefEntry.equalRef()
1617         if (xrefName.equalsIgnoreCase(name))
1618         {
1619           return true;
1620         }
1621       }
1622     }
1623     return false;
1624   }
1625
1626   /**
1627    * Constructs an alignment consisting of the mapped (CDS) regions in the given
1628    * nucleotide sequences, and updates mappings to match. The CDS sequences are
1629    * added to the original alignment's dataset, which is shared by the new
1630    * alignment. Mappings from nucleotide to CDS, and from CDS to protein, are
1631    * added to the alignment dataset.
1632    * 
1633    * @param dna
1634    *          aligned nucleotide (dna or cds) sequences
1635    * @param dataset
1636    *          the alignment dataset the sequences belong to
1637    * @param products
1638    *          (optional) to restrict results to CDS that map to specified
1639    *          protein products
1640    * @return an alignment whose sequences are the cds-only parts of the dna
1641    *         sequences (or null if no mappings are found)
1642    */
1643   public static AlignmentI makeCdsAlignment(SequenceI[] dna,
1644           AlignmentI dataset, SequenceI[] products)
1645   {
1646     if (dataset == null || dataset.getDataset() != null)
1647     {
1648       throw new IllegalArgumentException(
1649               "IMPLEMENTATION ERROR: dataset.getDataset() must be null!");
1650     }
1651     List<SequenceI> foundSeqs = new ArrayList<>();
1652     List<SequenceI> cdsSeqs = new ArrayList<>();
1653     List<AlignedCodonFrame> mappings = dataset.getCodonFrames();
1654     HashSet<SequenceI> productSeqs = null;
1655     if (products != null)
1656     {
1657       productSeqs = new HashSet<>();
1658       for (SequenceI seq : products)
1659       {
1660         productSeqs.add(seq.getDatasetSequence() == null ? seq
1661                 : seq.getDatasetSequence());
1662       }
1663     }
1664
1665     /*
1666      * Construct CDS sequences from mappings on the alignment dataset.
1667      * The logic is:
1668      * - find the protein product(s) mapped to from each dna sequence
1669      * - if the mapping covers the whole dna sequence (give or take start/stop
1670      *   codon), take the dna as the CDS sequence
1671      * - else search dataset mappings for a suitable dna sequence, i.e. one
1672      *   whose whole sequence is mapped to the protein 
1673      * - if no sequence found, construct one from the dna sequence and mapping
1674      *   (and add it to dataset so it is found if this is repeated)
1675      */
1676     for (SequenceI dnaSeq : dna)
1677     {
1678       SequenceI dnaDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1679               : dnaSeq.getDatasetSequence();
1680
1681       List<AlignedCodonFrame> seqMappings = MappingUtils
1682               .findMappingsForSequence(dnaSeq, mappings);
1683       for (AlignedCodonFrame mapping : seqMappings)
1684       {
1685         List<Mapping> mappingsFromSequence = mapping
1686                 .getMappingsFromSequence(dnaSeq);
1687
1688         for (Mapping aMapping : mappingsFromSequence)
1689         {
1690           MapList mapList = aMapping.getMap();
1691           if (mapList.getFromRatio() == 1)
1692           {
1693             /*
1694              * not a dna-to-protein mapping (likely dna-to-cds)
1695              */
1696             continue;
1697           }
1698
1699           /*
1700            * skip if mapping is not to one of the target set of proteins
1701            */
1702           SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1703           if (productSeqs != null && !productSeqs.contains(proteinProduct))
1704           {
1705             continue;
1706           }
1707
1708           /*
1709            * try to locate the CDS from the dataset mappings;
1710            * guard against duplicate results (for the case that protein has
1711            * dbrefs to both dna and cds sequences)
1712            */
1713           SequenceI cdsSeq = findCdsForProtein(mappings, dnaSeq,
1714                   seqMappings, aMapping);
1715           if (cdsSeq != null)
1716           {
1717             if (!foundSeqs.contains(cdsSeq))
1718             {
1719               foundSeqs.add(cdsSeq);
1720               SequenceI derivedSequence = cdsSeq.deriveSequence();
1721               cdsSeqs.add(derivedSequence);
1722               if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeq))
1723               {
1724                 dataset.addSequence(cdsSeq);
1725               }
1726             }
1727             continue;
1728           }
1729
1730           /*
1731            * didn't find mapped CDS sequence - construct it and add
1732            * its dataset sequence to the dataset
1733            */
1734           cdsSeq = makeCdsSequence(dnaSeq.getDatasetSequence(), aMapping,
1735                   dataset).deriveSequence();
1736           // cdsSeq has a name constructed as CDS|<dbref>
1737           // <dbref> will be either the accession for the coding sequence,
1738           // marked in the /via/ dbref to the protein product accession
1739           // or it will be the original nucleotide accession.
1740           SequenceI cdsSeqDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
1741
1742           cdsSeqs.add(cdsSeq);
1743
1744           /*
1745            * build the mapping from CDS to protein
1746            */
1747           List<int[]> cdsRange = Collections
1748                   .singletonList(new int[]
1749                   { cdsSeq.getStart(),
1750                       cdsSeq.getLength() + cdsSeq.getStart() - 1 });
1751           MapList cdsToProteinMap = new MapList(cdsRange,
1752                   mapList.getToRanges(), mapList.getFromRatio(),
1753                   mapList.getToRatio());
1754
1755           if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeqDss))
1756           {
1757             /*
1758              * if this sequence is a newly created one, add it to the dataset
1759              * and made a CDS to protein mapping (if sequence already exists,
1760              * CDS-to-protein mapping _is_ the transcript-to-protein mapping)
1761              */
1762             dataset.addSequence(cdsSeqDss);
1763             AlignedCodonFrame cdsToProteinMapping = new AlignedCodonFrame();
1764             cdsToProteinMapping.addMap(cdsSeqDss, proteinProduct,
1765                     cdsToProteinMap);
1766
1767             /*
1768              * guard against duplicating the mapping if repeating this action
1769              */
1770             if (!mappings.contains(cdsToProteinMapping))
1771             {
1772               mappings.add(cdsToProteinMapping);
1773             }
1774           }
1775
1776           propagateDBRefsToCDS(cdsSeqDss, dnaSeq.getDatasetSequence(),
1777                   proteinProduct, aMapping);
1778           /*
1779            * add another mapping from original 'from' range to CDS
1780            */
1781           AlignedCodonFrame dnaToCdsMapping = new AlignedCodonFrame();
1782           final MapList dnaToCdsMap = new MapList(mapList.getFromRanges(),
1783                   cdsRange, 1, 1);
1784           dnaToCdsMapping.addMap(dnaSeq.getDatasetSequence(), cdsSeqDss,
1785                   dnaToCdsMap);
1786           if (!mappings.contains(dnaToCdsMapping))
1787           {
1788             mappings.add(dnaToCdsMapping);
1789           }
1790
1791           /*
1792            * transfer dna chromosomal loci (if known) to the CDS
1793            * sequence (via the mapping)
1794            */
1795           final MapList cdsToDnaMap = dnaToCdsMap.getInverse();
1796           transferGeneLoci(dnaSeq, cdsToDnaMap, cdsSeq);
1797
1798           /*
1799            * add DBRef with mapping from protein to CDS
1800            * (this enables Get Cross-References from protein alignment)
1801            * This is tricky because we can't have two DBRefs with the
1802            * same source and accession, so need a different accession for
1803            * the CDS from the dna sequence
1804            */
1805
1806           // specific use case:
1807           // Genomic contig ENSCHR:1, contains coding regions for ENSG01,
1808           // ENSG02, ENSG03, with transcripts and products similarly named.
1809           // cannot add distinct dbrefs mapping location on ENSCHR:1 to ENSG01
1810
1811           // JBPNote: ?? can't actually create an example that demonstrates we
1812           // need to
1813           // synthesize an xref.
1814
1815           List<DBRefEntry> primrefs = dnaDss.getPrimaryDBRefs();
1816           for (int ip = 0, np = primrefs.size(); ip < np; ip++)
1817           {
1818             DBRefEntry primRef = primrefs.get(ip);
1819             /*
1820              * create a cross-reference from CDS to the source sequence's
1821              * primary reference and vice versa
1822              */
1823             String source = primRef.getSource();
1824             String version = primRef.getVersion();
1825             DBRefEntry cdsCrossRef = new DBRefEntry(source,
1826                     source + ":" + version, primRef.getAccessionId());
1827             cdsCrossRef
1828                     .setMap(new Mapping(dnaDss, new MapList(cdsToDnaMap)));
1829             cdsSeqDss.addDBRef(cdsCrossRef);
1830
1831             dnaSeq.addDBRef(new DBRefEntry(source, version,
1832                     cdsSeq.getName(), new Mapping(cdsSeqDss, dnaToCdsMap)));
1833             // problem here is that the cross-reference is synthesized -
1834             // cdsSeq.getName() may be like 'CDS|dnaaccession' or
1835             // 'CDS|emblcdsacc'
1836             // assuming cds version same as dna ?!?
1837
1838             DBRefEntry proteinToCdsRef = new DBRefEntry(source, version,
1839                     cdsSeq.getName());
1840             //
1841             proteinToCdsRef.setMap(
1842                     new Mapping(cdsSeqDss, cdsToProteinMap.getInverse()));
1843             proteinProduct.addDBRef(proteinToCdsRef);
1844           }
1845           /*
1846            * transfer any features on dna that overlap the CDS
1847            */
1848           transferFeatures(dnaSeq, cdsSeq, dnaToCdsMap, null,
1849                   SequenceOntologyI.CDS);
1850         }
1851       }
1852     }
1853
1854     AlignmentI cds = new Alignment(
1855             cdsSeqs.toArray(new SequenceI[cdsSeqs.size()]));
1856     cds.setDataset(dataset);
1857
1858     return cds;
1859   }
1860
1861   /**
1862    * Tries to transfer gene loci (dbref to chromosome positions) from fromSeq to
1863    * toSeq, mediated by the given mapping between the sequences
1864    * 
1865    * @param fromSeq
1866    * @param targetToFrom
1867    *          Map
1868    * @param targetSeq
1869    */
1870   protected static void transferGeneLoci(SequenceI fromSeq,
1871           MapList targetToFrom, SequenceI targetSeq)
1872   {
1873     if (targetSeq.getGeneLoci() != null)
1874     {
1875       // already have - don't override
1876       return;
1877     }
1878     GeneLociI fromLoci = fromSeq.getGeneLoci();
1879     if (fromLoci == null)
1880     {
1881       return;
1882     }
1883
1884     MapList newMap = targetToFrom.traverse(fromLoci.getMapping());
1885
1886     if (newMap != null)
1887     {
1888       targetSeq.setGeneLoci(fromLoci.getSpeciesId(),
1889               fromLoci.getAssemblyId(), fromLoci.getChromosomeId(), newMap);
1890     }
1891   }
1892
1893   /**
1894    * A helper method that finds a CDS sequence in the alignment dataset that is
1895    * mapped to the given protein sequence, and either is, or has a mapping from,
1896    * the given dna sequence.
1897    * 
1898    * @param mappings
1899    *          set of all mappings on the dataset
1900    * @param dnaSeq
1901    *          a dna (or cds) sequence we are searching from
1902    * @param seqMappings
1903    *          the set of mappings involving dnaSeq
1904    * @param aMapping
1905    *          a transcript-to-peptide mapping
1906    * @return
1907    */
1908   static SequenceI findCdsForProtein(List<AlignedCodonFrame> mappings,
1909           SequenceI dnaSeq, List<AlignedCodonFrame> seqMappings,
1910           Mapping aMapping)
1911   {
1912     /*
1913      * TODO a better dna-cds-protein mapping data representation to allow easy
1914      * navigation; until then this clunky looping around lists of mappings
1915      */
1916     SequenceI seqDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1917             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1918     SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1919
1920     /*
1921      * is this mapping from the whole dna sequence (i.e. CDS)?
1922      * allowing for possible stop codon on dna but not peptide
1923      */
1924     int mappedFromLength = MappingUtils
1925             .getLength(aMapping.getMap().getFromRanges());
1926     int dnaLength = seqDss.getLength();
1927     if (mappedFromLength == dnaLength
1928             || mappedFromLength == dnaLength - CODON_LENGTH)
1929     {
1930       /*
1931        * if sequence has CDS features, this is a transcript with no UTR
1932        * - do not take this as the CDS sequence! (JAL-2789)
1933        */
1934       if (seqDss.getFeatures().getFeaturesByOntology(SequenceOntologyI.CDS)
1935               .isEmpty())
1936       {
1937         return seqDss;
1938       }
1939     }
1940
1941     /*
1942      * looks like we found the dna-to-protein mapping; search for the
1943      * corresponding cds-to-protein mapping
1944      */
1945     List<AlignedCodonFrame> mappingsToPeptide = MappingUtils
1946             .findMappingsForSequence(proteinProduct, mappings);
1947     for (AlignedCodonFrame acf : mappingsToPeptide)
1948     {
1949       for (SequenceToSequenceMapping map : acf.getMappings())
1950       {
1951         Mapping mapping = map.getMapping();
1952         if (mapping != aMapping
1953                 && mapping.getMap().getFromRatio() == CODON_LENGTH
1954                 && proteinProduct == mapping.getTo()
1955                 && seqDss != map.getFromSeq())
1956         {
1957           mappedFromLength = MappingUtils
1958                   .getLength(mapping.getMap().getFromRanges());
1959           if (mappedFromLength == map.getFromSeq().getLength())
1960           {
1961             /*
1962             * found a 3:1 mapping to the protein product which covers
1963             * the whole dna sequence i.e. is from CDS; finally check the CDS
1964             * is mapped from the given dna start sequence
1965             */
1966             SequenceI cdsSeq = map.getFromSeq();
1967             // todo this test is weak if seqMappings contains multiple mappings;
1968             // we get away with it if transcript:cds relationship is 1:1
1969             List<AlignedCodonFrame> dnaToCdsMaps = MappingUtils
1970                     .findMappingsForSequence(cdsSeq, seqMappings);
1971             if (!dnaToCdsMaps.isEmpty())
1972             {
1973               return cdsSeq;
1974             }
1975           }
1976         }
1977       }
1978     }
1979     return null;
1980   }
1981
1982   /**
1983    * Helper method that makes a CDS sequence as defined by the mappings from the
1984    * given sequence i.e. extracts the 'mapped from' ranges (which may be on
1985    * forward or reverse strand).
1986    * 
1987    * @param seq
1988    * @param mapping
1989    * @param dataset
1990    *          - existing dataset. We check for sequences that look like the CDS
1991    *          we are about to construct, if one exists already, then we will
1992    *          just return that one.
1993    * @return CDS sequence (as a dataset sequence)
1994    */
1995   static SequenceI makeCdsSequence(SequenceI seq, Mapping mapping,
1996           AlignmentI dataset)
1997   {
1998     /*
1999      * construct CDS sequence name as "CDS|" with 'from id' held in the mapping
2000      * if set (e.g. EMBL protein_id), else sequence name appended
2001      */
2002     String mapFromId = mapping.getMappedFromId();
2003     final String seqId = "CDS|"
2004             + (mapFromId != null ? mapFromId : seq.getName());
2005
2006     SequenceI newSeq = null;
2007
2008     /*
2009      * construct CDS sequence by splicing mapped from ranges
2010      */
2011     char[] seqChars = seq.getSequence();
2012     List<int[]> fromRanges = mapping.getMap().getFromRanges();
2013     int cdsWidth = MappingUtils.getLength(fromRanges);
2014     char[] newSeqChars = new char[cdsWidth];
2015
2016     int newPos = 0;
2017     for (int[] range : fromRanges)
2018     {
2019       if (range[0] <= range[1])
2020       {
2021         // forward strand mapping - just copy the range
2022         int length = range[1] - range[0] + 1;
2023         System.arraycopy(seqChars, range[0] - 1, newSeqChars, newPos,
2024                 length);
2025         newPos += length;
2026       }
2027       else
2028       {
2029         // reverse strand mapping - copy and complement one by one
2030         for (int i = range[0]; i >= range[1]; i--)
2031         {
2032           newSeqChars[newPos++] = Dna.getComplement(seqChars[i - 1]);
2033         }
2034       }
2035
2036       newSeq = new Sequence(seqId, newSeqChars, 1, newPos);
2037     }
2038
2039     if (dataset != null)
2040     {
2041       SequenceI[] matches = dataset.findSequenceMatch(newSeq.getName());
2042       if (matches != null)
2043       {
2044         boolean matched = false;
2045         for (SequenceI mtch : matches)
2046         {
2047           if (mtch.getStart() != newSeq.getStart())
2048           {
2049             continue;
2050           }
2051           if (mtch.getEnd() != newSeq.getEnd())
2052           {
2053             continue;
2054           }
2055           if (!Arrays.equals(mtch.getSequence(), newSeq.getSequence()))
2056           {
2057             continue;
2058           }
2059           if (!matched)
2060           {
2061             matched = true;
2062             newSeq = mtch;
2063           }
2064           else
2065           {
2066             Console.error(
2067                     "JAL-2154 regression: warning - found (and ignored) a duplicate CDS sequence:"
2068                             + mtch.toString());
2069           }
2070         }
2071       }
2072     }
2073     // newSeq.setDescription(mapFromId);
2074
2075     return newSeq;
2076   }
2077
2078   /**
2079    * Adds any DBRefEntrys to cdsSeq from contig that have a Mapping congruent to
2080    * the given mapping.
2081    * 
2082    * @param cdsSeq
2083    * @param contig
2084    * @param proteinProduct
2085    * @param mapping
2086    * @return list of DBRefEntrys added
2087    */
2088   protected static List<DBRefEntry> propagateDBRefsToCDS(SequenceI cdsSeq,
2089           SequenceI contig, SequenceI proteinProduct, Mapping mapping)
2090   {
2091
2092     // gather direct refs from contig congruent with mapping
2093     List<DBRefEntry> direct = new ArrayList<>();
2094     HashSet<String> directSources = new HashSet<>();
2095
2096     List<DBRefEntry> refs = contig.getDBRefs();
2097     if (refs != null)
2098     {
2099       for (int ib = 0, nb = refs.size(); ib < nb; ib++)
2100       {
2101         DBRefEntry dbr = refs.get(ib);
2102         MapList map;
2103         if (dbr.hasMap() && (map = dbr.getMap().getMap()).isTripletMap())
2104         {
2105           // check if map is the CDS mapping
2106           if (mapping.getMap().equals(map))
2107           {
2108             direct.add(dbr);
2109             directSources.add(dbr.getSource());
2110           }
2111         }
2112       }
2113     }
2114     List<DBRefEntry> onSource = DBRefUtils.selectRefs(
2115             proteinProduct.getDBRefs(),
2116             directSources.toArray(new String[0]));
2117     List<DBRefEntry> propagated = new ArrayList<>();
2118
2119     // and generate appropriate mappings
2120     for (int ic = 0, nc = direct.size(); ic < nc; ic++)
2121     {
2122       DBRefEntry cdsref = direct.get(ic);
2123       Mapping m = cdsref.getMap();
2124       // clone maplist and mapping
2125       MapList cdsposmap = new MapList(
2126               Arrays.asList(new int[][]
2127               { new int[] { cdsSeq.getStart(), cdsSeq.getEnd() } }),
2128               m.getMap().getToRanges(), 3, 1);
2129       Mapping cdsmap = new Mapping(m.getTo(), m.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
2193             ? fromSeq.getFeatures().getPositionalFeatures()
2194             : fromSeq.getFeatures().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()
2340             .getFeaturesByOntology(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         String s = sf.getPhase();
2353         if (s != null)
2354         {
2355           phase = Integer.parseInt(s);
2356         }
2357       } catch (NumberFormatException e)
2358       {
2359         // leave as zero
2360       }
2361       /*
2362        * phase > 0 on first codon means 5' incomplete - skip to the start
2363        * of the next codon; example ENST00000496384
2364        */
2365       int begin = sf.getBegin();
2366       int end = sf.getEnd();
2367       if (result.isEmpty() && phase > 0)
2368       {
2369         begin += phase;
2370         if (begin > end)
2371         {
2372           // shouldn't happen!
2373           System.err
2374                   .println("Error: start phase extends beyond start CDS in "
2375                           + dnaSeq.getName());
2376         }
2377       }
2378       result.add(new int[] { begin, end });
2379     }
2380
2381     /*
2382      * Finally sort ranges by start position. This avoids a dependency on 
2383      * keeping features in order on the sequence (if they are in order anyway,
2384      * the sort will have almost no work to do). The implicit assumption is CDS
2385      * ranges are assembled in order. Other cases should not use this method,
2386      * but instead construct an explicit mapping for CDS (e.g. EMBL parsing).
2387      */
2388     Collections.sort(result, IntRangeComparator.ASCENDING);
2389     return result;
2390   }
2391
2392   /**
2393    * Makes an alignment with a copy of the given sequences, adding in any
2394    * non-redundant sequences which are mapped to by the cross-referenced
2395    * sequences.
2396    * 
2397    * @param seqs
2398    * @param xrefs
2399    * @param dataset
2400    *          the alignment dataset shared by the new copy
2401    * @return
2402    */
2403   public static AlignmentI makeCopyAlignment(SequenceI[] seqs,
2404           SequenceI[] xrefs, AlignmentI dataset)
2405   {
2406     AlignmentI copy = new Alignment(new Alignment(seqs));
2407     copy.setDataset(dataset);
2408     boolean isProtein = !copy.isNucleotide();
2409     SequenceIdMatcher matcher = new SequenceIdMatcher(seqs);
2410     if (xrefs != null)
2411     {
2412       // BH 2019.01.25 recoded to remove iterators
2413
2414       for (int ix = 0, nx = xrefs.length; ix < nx; ix++)
2415       {
2416         SequenceI xref = xrefs[ix];
2417         List<DBRefEntry> dbrefs = xref.getDBRefs();
2418         if (dbrefs != null)
2419         {
2420           for (int ir = 0, nir = dbrefs.size(); ir < nir; ir++)
2421           {
2422             DBRefEntry dbref = dbrefs.get(ir);
2423             Mapping map = dbref.getMap();
2424             SequenceI mto;
2425             if (map == null || (mto = map.getTo()) == null
2426                     || mto.isProtein() != isProtein)
2427             {
2428               continue;
2429             }
2430             SequenceI mappedTo = mto;
2431             SequenceI match = matcher.findIdMatch(mappedTo);
2432             if (match == null)
2433             {
2434               matcher.add(mappedTo);
2435               copy.addSequence(mappedTo);
2436             }
2437           }
2438         }
2439       }
2440     }
2441     return copy;
2442   }
2443
2444   /**
2445    * Try to align sequences in 'unaligned' to match the alignment of their
2446    * mapped regions in 'aligned'. For example, could use this to align CDS
2447    * sequences which are mapped to their parent cDNA sequences.
2448    * 
2449    * This method handles 1:1 mappings (dna-to-dna or protein-to-protein). For
2450    * dna-to-protein or protein-to-dna use alternative methods.
2451    * 
2452    * @param unaligned
2453    *          sequences to be aligned
2454    * @param aligned
2455    *          holds aligned sequences and their mappings
2456    * @return
2457    */
2458   public static int alignAs(AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned)
2459   {
2460     /*
2461      * easy case - aligning a copy of aligned sequences
2462      */
2463     if (alignAsSameSequences(unaligned, aligned))
2464     {
2465       return unaligned.getHeight();
2466     }
2467
2468     /*
2469      * fancy case - aligning via mappings between sequences
2470      */
2471     List<SequenceI> unmapped = new ArrayList<>();
2472     Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> columnMap = buildMappedColumnsMap(
2473             unaligned, aligned, unmapped);
2474     int width = columnMap.size();
2475     char gap = unaligned.getGapCharacter();
2476     int realignedCount = 0;
2477     // TODO: verify this loop scales sensibly for very wide/high alignments
2478
2479     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2480     {
2481       if (!unmapped.contains(seq))
2482       {
2483         char[] newSeq = new char[width];
2484         Arrays.fill(newSeq, gap); // JBPComment - doubt this is faster than the
2485                                   // Integer iteration below
2486         int newCol = 0;
2487         int lastCol = 0;
2488
2489         /*
2490          * traverse the map to find columns populated
2491          * by our sequence
2492          */
2493         for (Integer column : columnMap.keySet())
2494         {
2495           Character c = columnMap.get(column).get(seq);
2496           if (c != null)
2497           {
2498             /*
2499              * sequence has a character at this position
2500              * 
2501              */
2502             newSeq[newCol] = c;
2503             lastCol = newCol;
2504           }
2505           newCol++;
2506         }
2507
2508         /*
2509          * trim trailing gaps
2510          */
2511         if (lastCol < width)
2512         {
2513           char[] tmp = new char[lastCol + 1];
2514           System.arraycopy(newSeq, 0, tmp, 0, lastCol + 1);
2515           newSeq = tmp;
2516         }
2517         // TODO: optimise SequenceI to avoid char[]->String->char[]
2518         seq.setSequence(String.valueOf(newSeq));
2519         realignedCount++;
2520       }
2521     }
2522     return realignedCount;
2523   }
2524
2525   /**
2526    * If unaligned and aligned sequences share the same dataset sequences, then
2527    * simply copies the aligned sequences to the unaligned sequences and returns
2528    * true; else returns false
2529    * 
2530    * @param unaligned
2531    *          - sequences to be aligned based on aligned
2532    * @param aligned
2533    *          - 'guide' alignment containing sequences derived from same dataset
2534    *          as unaligned
2535    * @return
2536    */
2537   static boolean alignAsSameSequences(AlignmentI unaligned,
2538           AlignmentI aligned)
2539   {
2540     if (aligned.getDataset() == null || unaligned.getDataset() == null)
2541     {
2542       return false; // should only pass alignments with datasets here
2543     }
2544
2545     // map from dataset sequence to alignment sequence(s)
2546     Map<SequenceI, List<SequenceI>> alignedDatasets = new HashMap<>();
2547     for (SequenceI seq : aligned.getSequences())
2548     {
2549       SequenceI ds = seq.getDatasetSequence();
2550       if (alignedDatasets.get(ds) == null)
2551       {
2552         alignedDatasets.put(ds, new ArrayList<SequenceI>());
2553       }
2554       alignedDatasets.get(ds).add(seq);
2555     }
2556
2557     /*
2558      * first pass - check whether all sequences to be aligned share a 
2559      * dataset sequence with an aligned sequence; also note the leftmost
2560      * ungapped column from which to copy
2561      */
2562     int leftmost = Integer.MAX_VALUE;
2563     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2564     {
2565       final SequenceI ds = seq.getDatasetSequence();
2566       if (!alignedDatasets.containsKey(ds))
2567       {
2568         return false;
2569       }
2570       SequenceI alignedSeq = alignedDatasets.get(ds).get(0);
2571       int startCol = alignedSeq.findIndex(seq.getStart()); // 1..
2572       leftmost = Math.min(leftmost, startCol);
2573     }
2574
2575     /*
2576      * second pass - copy aligned sequences;
2577      * heuristic rule: pair off sequences in order for the case where 
2578      * more than one shares the same dataset sequence 
2579      */
2580     final char gapCharacter = aligned.getGapCharacter();
2581     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2582     {
2583       List<SequenceI> alignedSequences = alignedDatasets
2584               .get(seq.getDatasetSequence());
2585       if (alignedSequences.isEmpty())
2586       {
2587         /*
2588          * defensive check - shouldn't happen! (JAL-3536)
2589          */
2590         continue;
2591       }
2592       SequenceI alignedSeq = alignedSequences.get(0);
2593
2594       /*
2595        * gap fill for leading (5') UTR if any
2596        */
2597       // TODO this copies intron columns - wrong!
2598       int startCol = alignedSeq.findIndex(seq.getStart()); // 1..
2599       int endCol = alignedSeq.findIndex(seq.getEnd());
2600       char[] seqchars = new char[endCol - leftmost + 1];
2601       Arrays.fill(seqchars, gapCharacter);
2602       char[] toCopy = alignedSeq.getSequence(startCol - 1, endCol);
2603       System.arraycopy(toCopy, 0, seqchars, startCol - leftmost,
2604               toCopy.length);
2605       seq.setSequence(String.valueOf(seqchars));
2606       if (alignedSequences.size() > 0)
2607       {
2608         // pop off aligned sequences (except the last one)
2609         alignedSequences.remove(0);
2610       }
2611     }
2612
2613     /*
2614      * finally remove gapped columns (e.g. introns)
2615      */
2616     new RemoveGapColCommand("", unaligned.getSequencesArray(), 0,
2617             unaligned.getWidth() - 1, unaligned);
2618
2619     return true;
2620   }
2621
2622   /**
2623    * Returns a map whose key is alignment column number (base 1), and whose
2624    * values are a map of sequence characters in that column.
2625    * 
2626    * @param unaligned
2627    * @param aligned
2628    * @param unmapped
2629    * @return
2630    */
2631   static SortedMap<Integer, Map<SequenceI, Character>> buildMappedColumnsMap(
2632           AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned,
2633           List<SequenceI> unmapped)
2634   {
2635     /*
2636      * Map will hold, for each aligned column position, a map of
2637      * {unalignedSequence, characterPerSequence} at that position.
2638      * TreeMap keeps the entries in ascending column order. 
2639      */
2640     SortedMap<Integer, Map<SequenceI, Character>> map = new TreeMap<>();
2641
2642     /*
2643      * record any sequences that have no mapping so can't be realigned
2644      */
2645     unmapped.addAll(unaligned.getSequences());
2646
2647     List<AlignedCodonFrame> mappings = aligned.getCodonFrames();
2648
2649     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2650     {
2651       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
2652       {
2653         SequenceI fromSeq = mapping.findAlignedSequence(seq, aligned);
2654         if (fromSeq != null)
2655         {
2656           Mapping seqMap = mapping.getMappingBetween(fromSeq, seq);
2657           if (addMappedPositions(seq, fromSeq, seqMap, map))
2658           {
2659             unmapped.remove(seq);
2660           }
2661         }
2662       }
2663     }
2664     return map;
2665   }
2666
2667   /**
2668    * Helper method that adds to a map the mapped column positions of a sequence.
2669    * <br>
2670    * For example if aaTT-Tg-gAAA is mapped to TTTAAA then the map should record
2671    * that columns 3,4,6,10,11,12 map to characters T,T,T,A,A,A of the mapped to
2672    * sequence.
2673    * 
2674    * @param seq
2675    *          the sequence whose column positions we are recording
2676    * @param fromSeq
2677    *          a sequence that is mapped to the first sequence
2678    * @param seqMap
2679    *          the mapping from 'fromSeq' to 'seq'
2680    * @param map
2681    *          a map to add the column positions (in fromSeq) of the mapped
2682    *          positions of seq
2683    * @return
2684    */
2685   static boolean addMappedPositions(SequenceI seq, SequenceI fromSeq,
2686           Mapping seqMap, Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> map)
2687   {
2688     if (seqMap == null)
2689     {
2690       return false;
2691     }
2692
2693     /*
2694      * invert mapping if it is from unaligned to aligned sequence
2695      */
2696     if (seqMap.getTo() == fromSeq.getDatasetSequence())
2697     {
2698       seqMap = new Mapping(seq.getDatasetSequence(),
2699               seqMap.getMap().getInverse());
2700     }
2701
2702     int toStart = seq.getStart();
2703
2704     /*
2705      * traverse [start, end, start, end...] ranges in fromSeq
2706      */
2707     for (int[] fromRange : seqMap.getMap().getFromRanges())
2708     {
2709       for (int i = 0; i < fromRange.length - 1; i += 2)
2710       {
2711         boolean forward = fromRange[i + 1] >= fromRange[i];
2712
2713         /*
2714          * find the range mapped to (sequence positions base 1)
2715          */
2716         int[] range = seqMap.locateMappedRange(fromRange[i],
2717                 fromRange[i + 1]);
2718         if (range == null)
2719         {
2720           System.err.println("Error in mapping " + seqMap + " from "
2721                   + fromSeq.getName());
2722           return false;
2723         }
2724         int fromCol = fromSeq.findIndex(fromRange[i]);
2725         int mappedCharPos = range[0];
2726
2727         /*
2728          * walk over the 'from' aligned sequence in forward or reverse
2729          * direction; when a non-gap is found, record the column position
2730          * of the next character of the mapped-to sequence; stop when all
2731          * the characters of the range have been counted
2732          */
2733         while (mappedCharPos <= range[1] && fromCol <= fromSeq.getLength()
2734                 && fromCol >= 0)
2735         {
2736           if (!Comparison.isGap(fromSeq.getCharAt(fromCol - 1)))
2737           {
2738             /*
2739              * mapped from sequence has a character in this column
2740              * record the column position for the mapped to character
2741              */
2742             Map<SequenceI, Character> seqsMap = map.get(fromCol);
2743             if (seqsMap == null)
2744             {
2745               seqsMap = new HashMap<>();
2746               map.put(fromCol, seqsMap);
2747             }
2748             seqsMap.put(seq, seq.getCharAt(mappedCharPos - toStart));
2749             mappedCharPos++;
2750           }
2751           fromCol += (forward ? 1 : -1);
2752         }
2753       }
2754     }
2755     return true;
2756   }
2757
2758   // strictly temporary hack until proper criteria for aligning protein to cds
2759   // are in place; this is so Ensembl -> fetch xrefs Uniprot aligns the Uniprot
2760   public static boolean looksLikeEnsembl(AlignmentI alignment)
2761   {
2762     for (SequenceI seq : alignment.getSequences())
2763     {
2764       String name = seq.getName();
2765       if (!name.startsWith("ENSG") && !name.startsWith("ENST"))
2766       {
2767         return false;
2768       }
2769     }
2770     return true;
2771   }
2772
2773   /**
2774    * Creates a deep copy of an alignment along with a dataset alignment,
2775    * alignment annotations, representative sequence and hidden columns.
2776    */
2777   public static AlignmentI deepCopyAlignment(AlignmentI alignment)
2778   {
2779     var alnCpy = new Alignment(alignment);
2780     alnCpy.setGapCharacter(alignment.getGapCharacter());
2781     alnCpy.setDataset(alignment.getDataset());
2782     for (AlignmentAnnotation annotation : alignment.getAlignmentAnnotation())
2783       alnCpy.addAnnotation(new AlignmentAnnotation(annotation));
2784     if (alignment.hasSeqrep())
2785     {
2786       int idx = alignment.findIndex(alignment.getSeqrep());
2787       if (idx >= 0)
2788         alnCpy.setSeqrep(alnCpy.getSequenceAt(idx));
2789     }
2790     if (alignment.getHiddenColumns() != null)
2791       alnCpy.setHiddenColumns(new HiddenColumns(alignment.getHiddenColumns()));
2792     return alnCpy;
2793   }
2794 }