JAL-2049 set Ensembl variant source to ENSEMBL if '.' (not provided) and
[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 static jalview.io.gff.GffConstants.CLINICAL_SIGNIFICANCE;
24
25 import jalview.api.DBRefEntryI;
26 import jalview.datamodel.AlignedCodon;
27 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame;
28 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame.SequenceToSequenceMapping;
29 import jalview.datamodel.Alignment;
30 import jalview.datamodel.AlignmentAnnotation;
31 import jalview.datamodel.AlignmentI;
32 import jalview.datamodel.DBRefEntry;
33 import jalview.datamodel.IncompleteCodonException;
34 import jalview.datamodel.Mapping;
35 import jalview.datamodel.Sequence;
36 import jalview.datamodel.SequenceFeature;
37 import jalview.datamodel.SequenceGroup;
38 import jalview.datamodel.SequenceI;
39 import jalview.io.gff.SequenceOntologyFactory;
40 import jalview.io.gff.SequenceOntologyI;
41 import jalview.schemes.ResidueProperties;
42 import jalview.util.Comparison;
43 import jalview.util.DBRefUtils;
44 import jalview.util.MapList;
45 import jalview.util.MappingUtils;
46 import jalview.util.StringUtils;
47
48 import java.io.UnsupportedEncodingException;
49 import java.net.URLEncoder;
50 import java.util.ArrayList;
51 import java.util.Arrays;
52 import java.util.Collection;
53 import java.util.Collections;
54 import java.util.Comparator;
55 import java.util.HashMap;
56 import java.util.HashSet;
57 import java.util.Iterator;
58 import java.util.LinkedHashMap;
59 import java.util.List;
60 import java.util.Map;
61 import java.util.Map.Entry;
62 import java.util.NoSuchElementException;
63 import java.util.Set;
64 import java.util.TreeMap;
65
66 /**
67  * grab bag of useful alignment manipulation operations Expect these to be
68  * refactored elsewhere at some point.
69  * 
70  * @author jimp
71  * 
72  */
73 public class AlignmentUtils
74 {
75
76   private static final int CODON_LENGTH = 3;
77   private static final String SEQUENCE_VARIANT = "sequence_variant:";
78   private static final String ID = "ID";
79
80   /**
81    * A data model to hold the 'normal' base value at a position, and an optional
82    * sequence variant feature
83    */
84   static final class DnaVariant
85   {
86     final String base;
87
88     SequenceFeature variant;
89
90     DnaVariant(String nuc)
91     {
92       base = nuc;
93       variant = null;
94     }
95
96     DnaVariant(String nuc, SequenceFeature var)
97     {
98       base = nuc;
99       variant = var;
100     }
101
102     public String getSource()
103     {
104       return variant == null ? null : variant.getFeatureGroup();
105     }
106   }
107
108   /**
109    * given an existing alignment, create a new alignment including all, or up to
110    * flankSize additional symbols from each sequence's dataset sequence
111    * 
112    * @param core
113    * @param flankSize
114    * @return AlignmentI
115    */
116   public static AlignmentI expandContext(AlignmentI core, int flankSize)
117   {
118     List<SequenceI> sq = new ArrayList<SequenceI>();
119     int maxoffset = 0;
120     for (SequenceI s : core.getSequences())
121     {
122       SequenceI newSeq = s.deriveSequence();
123       final int newSeqStart = newSeq.getStart() - 1;
124       if (newSeqStart > maxoffset
125               && newSeq.getDatasetSequence().getStart() < s.getStart())
126       {
127         maxoffset = newSeqStart;
128       }
129       sq.add(newSeq);
130     }
131     if (flankSize > -1)
132     {
133       maxoffset = Math.min(maxoffset, flankSize);
134     }
135
136     /*
137      * now add offset left and right to create an expanded alignment
138      */
139     for (SequenceI s : sq)
140     {
141       SequenceI ds = s;
142       while (ds.getDatasetSequence() != null)
143       {
144         ds = ds.getDatasetSequence();
145       }
146       int s_end = s.findPosition(s.getStart() + s.getLength());
147       // find available flanking residues for sequence
148       int ustream_ds = s.getStart() - ds.getStart();
149       int dstream_ds = ds.getEnd() - s_end;
150
151       // build new flanked sequence
152
153       // compute gap padding to start of flanking sequence
154       int offset = maxoffset - ustream_ds;
155
156       // padding is gapChar x ( maxoffset - min(ustream_ds, flank)
157       if (flankSize >= 0)
158       {
159         if (flankSize < ustream_ds)
160         {
161           // take up to flankSize residues
162           offset = maxoffset - flankSize;
163           ustream_ds = flankSize;
164         }
165         if (flankSize <= dstream_ds)
166         {
167           dstream_ds = flankSize - 1;
168         }
169       }
170       // TODO use Character.toLowerCase to avoid creating String objects?
171       char[] upstream = new String(ds.getSequence(s.getStart() - 1
172               - ustream_ds, s.getStart() - 1)).toLowerCase().toCharArray();
173       char[] downstream = new String(ds.getSequence(s_end - 1, s_end
174               + dstream_ds)).toLowerCase().toCharArray();
175       char[] coreseq = s.getSequence();
176       char[] nseq = new char[offset + upstream.length + downstream.length
177               + coreseq.length];
178       char c = core.getGapCharacter();
179
180       int p = 0;
181       for (; p < offset; p++)
182       {
183         nseq[p] = c;
184       }
185
186       System.arraycopy(upstream, 0, nseq, p, upstream.length);
187       System.arraycopy(coreseq, 0, nseq, p + upstream.length,
188               coreseq.length);
189       System.arraycopy(downstream, 0, nseq, p + coreseq.length
190               + upstream.length, downstream.length);
191       s.setSequence(new String(nseq));
192       s.setStart(s.getStart() - ustream_ds);
193       s.setEnd(s_end + downstream.length);
194     }
195     AlignmentI newAl = new jalview.datamodel.Alignment(
196             sq.toArray(new SequenceI[0]));
197     for (SequenceI s : sq)
198     {
199       if (s.getAnnotation() != null)
200       {
201         for (AlignmentAnnotation aa : s.getAnnotation())
202         {
203           aa.adjustForAlignment(); // JAL-1712 fix
204           newAl.addAnnotation(aa);
205         }
206       }
207     }
208     newAl.setDataset(core.getDataset());
209     return newAl;
210   }
211
212   /**
213    * Returns the index (zero-based position) of a sequence in an alignment, or
214    * -1 if not found.
215    * 
216    * @param al
217    * @param seq
218    * @return
219    */
220   public static int getSequenceIndex(AlignmentI al, SequenceI seq)
221   {
222     int result = -1;
223     int pos = 0;
224     for (SequenceI alSeq : al.getSequences())
225     {
226       if (alSeq == seq)
227       {
228         result = pos;
229         break;
230       }
231       pos++;
232     }
233     return result;
234   }
235
236   /**
237    * Returns a map of lists of sequences in the alignment, keyed by sequence
238    * name. For use in mapping between different alignment views of the same
239    * sequences.
240    * 
241    * @see jalview.datamodel.AlignmentI#getSequencesByName()
242    */
243   public static Map<String, List<SequenceI>> getSequencesByName(
244           AlignmentI al)
245   {
246     Map<String, List<SequenceI>> theMap = new LinkedHashMap<String, List<SequenceI>>();
247     for (SequenceI seq : al.getSequences())
248     {
249       String name = seq.getName();
250       if (name != null)
251       {
252         List<SequenceI> seqs = theMap.get(name);
253         if (seqs == null)
254         {
255           seqs = new ArrayList<SequenceI>();
256           theMap.put(name, seqs);
257         }
258         seqs.add(seq);
259       }
260     }
261     return theMap;
262   }
263
264   /**
265    * Build mapping of protein to cDNA alignment. Mappings are made between
266    * sequences where the cDNA translates to the protein sequence. Any new
267    * mappings are added to the protein alignment. Returns true if any mappings
268    * either already exist or were added, else false.
269    * 
270    * @param proteinAlignment
271    * @param cdnaAlignment
272    * @return
273    */
274   public static boolean mapProteinAlignmentToCdna(
275           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment)
276   {
277     if (proteinAlignment == null || cdnaAlignment == null)
278     {
279       return false;
280     }
281
282     Set<SequenceI> mappedDna = new HashSet<SequenceI>();
283     Set<SequenceI> mappedProtein = new HashSet<SequenceI>();
284
285     /*
286      * First pass - map sequences where cross-references exist. This include
287      * 1-to-many mappings to support, for example, variant cDNA.
288      */
289     boolean mappingPerformed = mapProteinToCdna(proteinAlignment,
290             cdnaAlignment, mappedDna, mappedProtein, true);
291
292     /*
293      * Second pass - map sequences where no cross-references exist. This only
294      * does 1-to-1 mappings and assumes corresponding sequences are in the same
295      * order in the alignments.
296      */
297     mappingPerformed |= mapProteinToCdna(proteinAlignment, cdnaAlignment,
298             mappedDna, mappedProtein, false);
299     return mappingPerformed;
300   }
301
302   /**
303    * Make mappings between compatible sequences (where the cDNA translation
304    * matches the protein).
305    * 
306    * @param proteinAlignment
307    * @param cdnaAlignment
308    * @param mappedDna
309    *          a set of mapped DNA sequences (to add to)
310    * @param mappedProtein
311    *          a set of mapped Protein sequences (to add to)
312    * @param xrefsOnly
313    *          if true, only map sequences where xrefs exist
314    * @return
315    */
316   protected static boolean mapProteinToCdna(
317           final AlignmentI proteinAlignment,
318           final AlignmentI cdnaAlignment, Set<SequenceI> mappedDna,
319           Set<SequenceI> mappedProtein, boolean xrefsOnly)
320   {
321     boolean mappingExistsOrAdded = false;
322     List<SequenceI> thisSeqs = proteinAlignment.getSequences();
323     for (SequenceI aaSeq : thisSeqs)
324     {
325       boolean proteinMapped = false;
326       AlignedCodonFrame acf = new AlignedCodonFrame();
327
328       for (SequenceI cdnaSeq : cdnaAlignment.getSequences())
329       {
330         /*
331          * Always try to map if sequences have xref to each other; this supports
332          * variant cDNA or alternative splicing for a protein sequence.
333          * 
334          * If no xrefs, try to map progressively, assuming that alignments have
335          * mappable sequences in corresponding order. These are not
336          * many-to-many, as that would risk mixing species with similar cDNA
337          * sequences.
338          */
339         if (xrefsOnly && !AlignmentUtils.haveCrossRef(aaSeq, cdnaSeq))
340         {
341           continue;
342         }
343
344         /*
345          * Don't map non-xrefd sequences more than once each. This heuristic
346          * allows us to pair up similar sequences in ordered alignments.
347          */
348         if (!xrefsOnly
349                 && (mappedProtein.contains(aaSeq) || mappedDna
350                         .contains(cdnaSeq)))
351         {
352           continue;
353         }
354         if (mappingExists(proteinAlignment.getCodonFrames(),
355                 aaSeq.getDatasetSequence(), cdnaSeq.getDatasetSequence()))
356         {
357           mappingExistsOrAdded = true;
358         }
359         else
360         {
361           MapList map = mapCdnaToProtein(aaSeq, cdnaSeq);
362           if (map != null)
363           {
364             acf.addMap(cdnaSeq, aaSeq, map);
365             mappingExistsOrAdded = true;
366             proteinMapped = true;
367             mappedDna.add(cdnaSeq);
368             mappedProtein.add(aaSeq);
369           }
370         }
371       }
372       if (proteinMapped)
373       {
374         proteinAlignment.addCodonFrame(acf);
375       }
376     }
377     return mappingExistsOrAdded;
378   }
379
380   /**
381    * Answers true if the mappings include one between the given (dataset)
382    * sequences.
383    */
384   public static boolean mappingExists(List<AlignedCodonFrame> mappings,
385           SequenceI aaSeq, SequenceI cdnaSeq)
386   {
387     if (mappings != null)
388     {
389       for (AlignedCodonFrame acf : mappings)
390       {
391         if (cdnaSeq == acf.getDnaForAaSeq(aaSeq))
392         {
393           return true;
394         }
395       }
396     }
397     return false;
398   }
399
400   /**
401    * Builds a mapping (if possible) of a cDNA to a protein sequence.
402    * <ul>
403    * <li>first checks if the cdna translates exactly to the protein sequence</li>
404    * <li>else checks for translation after removing a STOP codon</li>
405    * <li>else checks for translation after removing a START codon</li>
406    * <li>if that fails, inspect CDS features on the cDNA sequence</li>
407    * </ul>
408    * Returns null if no mapping is determined.
409    * 
410    * @param proteinSeq
411    *          the aligned protein sequence
412    * @param cdnaSeq
413    *          the aligned cdna sequence
414    * @return
415    */
416   public static MapList mapCdnaToProtein(SequenceI proteinSeq,
417           SequenceI cdnaSeq)
418   {
419     /*
420      * Here we handle either dataset sequence set (desktop) or absent (applet).
421      * Use only the char[] form of the sequence to avoid creating possibly large
422      * String objects.
423      */
424     final SequenceI proteinDataset = proteinSeq.getDatasetSequence();
425     char[] aaSeqChars = proteinDataset != null ? proteinDataset
426             .getSequence() : proteinSeq.getSequence();
427     final SequenceI cdnaDataset = cdnaSeq.getDatasetSequence();
428     char[] cdnaSeqChars = cdnaDataset != null ? cdnaDataset.getSequence()
429             : cdnaSeq.getSequence();
430     if (aaSeqChars == null || cdnaSeqChars == null)
431     {
432       return null;
433     }
434
435     /*
436      * cdnaStart/End, proteinStartEnd are base 1 (for dataset sequence mapping)
437      */
438     final int mappedLength = CODON_LENGTH * aaSeqChars.length;
439     int cdnaLength = cdnaSeqChars.length;
440     int cdnaStart = cdnaSeq.getStart();
441     int cdnaEnd = cdnaSeq.getEnd();
442     final int proteinStart = proteinSeq.getStart();
443     final int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
444
445     /*
446      * If lengths don't match, try ignoring stop codon (if present)
447      */
448     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2)
449     {
450       String lastCodon = String.valueOf(cdnaSeqChars, cdnaLength - CODON_LENGTH, CODON_LENGTH)
451               .toUpperCase();
452       for (String stop : ResidueProperties.STOP)
453       {
454         if (lastCodon.equals(stop))
455         {
456           cdnaEnd -= CODON_LENGTH;
457           cdnaLength -= CODON_LENGTH;
458           break;
459         }
460       }
461     }
462
463     /*
464      * If lengths still don't match, try ignoring start codon.
465      */
466     int startOffset = 0;
467     if (cdnaLength != mappedLength
468             && cdnaLength > 2
469             && String.valueOf(cdnaSeqChars, 0, CODON_LENGTH).toUpperCase()
470                     .equals(ResidueProperties.START))
471     {
472       startOffset += CODON_LENGTH;
473       cdnaStart += CODON_LENGTH;
474       cdnaLength -= CODON_LENGTH;
475     }
476
477     if (translatesAs(cdnaSeqChars, startOffset, aaSeqChars))
478     {
479       /*
480        * protein is translation of dna (+/- start/stop codons)
481        */
482       MapList map = new MapList(new int[] { cdnaStart, cdnaEnd }, new int[]
483       { proteinStart, proteinEnd }, CODON_LENGTH, 1);
484       return map;
485     }
486
487     /*
488      * translation failed - try mapping CDS annotated regions of dna
489      */
490     return mapCdsToProtein(cdnaSeq, proteinSeq);
491   }
492
493   /**
494    * Test whether the given cdna sequence, starting at the given offset,
495    * translates to the given amino acid sequence, using the standard translation
496    * table. Designed to fail fast i.e. as soon as a mismatch position is found.
497    * 
498    * @param cdnaSeqChars
499    * @param cdnaStart
500    * @param aaSeqChars
501    * @return
502    */
503   protected static boolean translatesAs(char[] cdnaSeqChars, int cdnaStart,
504           char[] aaSeqChars)
505   {
506     if (cdnaSeqChars == null || aaSeqChars == null)
507     {
508       return false;
509     }
510
511     int aaPos = 0;
512     int dnaPos = cdnaStart;
513     for (; dnaPos < cdnaSeqChars.length - 2
514             && aaPos < aaSeqChars.length; dnaPos += CODON_LENGTH, aaPos++)
515     {
516       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
517       final String translated = ResidueProperties.codonTranslate(codon);
518
519       /*
520        * allow * in protein to match untranslatable in dna
521        */
522       final char aaRes = aaSeqChars[aaPos];
523       if ((translated == null || "STOP".equals(translated)) && aaRes == '*')
524       {
525         continue;
526       }
527       if (translated == null || !(aaRes == translated.charAt(0)))
528       {
529         // debug
530         // System.out.println(("Mismatch at " + i + "/" + aaResidue + ": "
531         // + codon + "(" + translated + ") != " + aaRes));
532         return false;
533       }
534     }
535
536     /*
537      * check we matched all of the protein sequence
538      */
539     if (aaPos != aaSeqChars.length)
540     {
541       return false;
542     }
543
544     /*
545      * check we matched all of the dna except
546      * for optional trailing STOP codon
547      */
548     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length)
549     {
550       return true;
551     }
552     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length - CODON_LENGTH)
553     {
554       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
555       if ("STOP".equals(ResidueProperties.codonTranslate(codon)))
556       {
557         return true;
558       }
559     }
560     return false;
561   }
562
563   /**
564    * Align sequence 'seq' to match the alignment of a mapped sequence. Note this
565    * currently assumes that we are aligning cDNA to match protein.
566    * 
567    * @param seq
568    *          the sequence to be realigned
569    * @param al
570    *          the alignment whose sequence alignment is to be 'copied'
571    * @param gap
572    *          character string represent a gap in the realigned sequence
573    * @param preserveUnmappedGaps
574    * @param preserveMappedGaps
575    * @return true if the sequence was realigned, false if it could not be
576    */
577   public static boolean alignSequenceAs(SequenceI seq, AlignmentI al,
578           String gap, boolean preserveMappedGaps,
579           boolean preserveUnmappedGaps)
580   {
581     /*
582      * Get any mappings from the source alignment to the target (dataset)
583      * sequence.
584      */
585     // TODO there may be one AlignedCodonFrame per dataset sequence, or one with
586     // all mappings. Would it help to constrain this?
587     List<AlignedCodonFrame> mappings = al.getCodonFrame(seq);
588     if (mappings == null || mappings.isEmpty())
589     {
590       return false;
591     }
592
593     /*
594      * Locate the aligned source sequence whose dataset sequence is mapped. We
595      * just take the first match here (as we can't align like more than one
596      * sequence).
597      */
598     SequenceI alignFrom = null;
599     AlignedCodonFrame mapping = null;
600     for (AlignedCodonFrame mp : mappings)
601     {
602       alignFrom = mp.findAlignedSequence(seq, al);
603       if (alignFrom != null)
604       {
605         mapping = mp;
606         break;
607       }
608     }
609
610     if (alignFrom == null)
611     {
612       return false;
613     }
614     alignSequenceAs(seq, alignFrom, mapping, gap, al.getGapCharacter(),
615             preserveMappedGaps, preserveUnmappedGaps);
616     return true;
617   }
618
619   /**
620    * Align sequence 'alignTo' the same way as 'alignFrom', using the mapping to
621    * match residues and codons. Flags control whether existing gaps in unmapped
622    * (intron) and mapped (exon) regions are preserved or not. Gaps between
623    * intron and exon are only retained if both flags are set.
624    * 
625    * @param alignTo
626    * @param alignFrom
627    * @param mapping
628    * @param myGap
629    * @param sourceGap
630    * @param preserveUnmappedGaps
631    * @param preserveMappedGaps
632    */
633   public static void alignSequenceAs(SequenceI alignTo,
634           SequenceI alignFrom, AlignedCodonFrame mapping, String myGap,
635           char sourceGap, boolean preserveMappedGaps,
636           boolean preserveUnmappedGaps)
637   {
638     // TODO generalise to work for Protein-Protein, dna-dna, dna-protein
639
640     // aligned and dataset sequence positions, all base zero
641     int thisSeqPos = 0;
642     int sourceDsPos = 0;
643
644     int basesWritten = 0;
645     char myGapChar = myGap.charAt(0);
646     int ratio = myGap.length();
647
648     int fromOffset = alignFrom.getStart() - 1;
649     int toOffset = alignTo.getStart() - 1;
650     int sourceGapMappedLength = 0;
651     boolean inExon = false;
652     final char[] thisSeq = alignTo.getSequence();
653     final char[] thatAligned = alignFrom.getSequence();
654     StringBuilder thisAligned = new StringBuilder(2 * thisSeq.length);
655
656     /*
657      * Traverse the 'model' aligned sequence
658      */
659     for (char sourceChar : thatAligned)
660     {
661       if (sourceChar == sourceGap)
662       {
663         sourceGapMappedLength += ratio;
664         continue;
665       }
666
667       /*
668        * Found a non-gap character. Locate its mapped region if any.
669        */
670       sourceDsPos++;
671       // Note mapping positions are base 1, our sequence positions base 0
672       int[] mappedPos = mapping.getMappedRegion(alignTo, alignFrom,
673               sourceDsPos + fromOffset);
674       if (mappedPos == null)
675       {
676         /*
677          * unmapped position; treat like a gap
678          */
679         sourceGapMappedLength += ratio;
680         // System.err.println("Can't align: no codon mapping to residue "
681         // + sourceDsPos + "(" + sourceChar + ")");
682         // return;
683         continue;
684       }
685
686       int mappedCodonStart = mappedPos[0]; // position (1...) of codon start
687       int mappedCodonEnd = mappedPos[mappedPos.length - 1]; // codon end pos
688       StringBuilder trailingCopiedGap = new StringBuilder();
689
690       /*
691        * Copy dna sequence up to and including this codon. Optionally, include
692        * gaps before the codon starts (in introns) and/or after the codon starts
693        * (in exons).
694        * 
695        * Note this only works for 'linear' splicing, not reverse or interleaved.
696        * But then 'align dna as protein' doesn't make much sense otherwise.
697        */
698       int intronLength = 0;
699       while (basesWritten + toOffset < mappedCodonEnd
700               && thisSeqPos < thisSeq.length)
701       {
702         final char c = thisSeq[thisSeqPos++];
703         if (c != myGapChar)
704         {
705           basesWritten++;
706           int sourcePosition = basesWritten + toOffset;
707           if (sourcePosition < mappedCodonStart)
708           {
709             /*
710              * Found an unmapped (intron) base. First add in any preceding gaps
711              * (if wanted).
712              */
713             if (preserveUnmappedGaps && trailingCopiedGap.length() > 0)
714             {
715               thisAligned.append(trailingCopiedGap.toString());
716               intronLength += trailingCopiedGap.length();
717               trailingCopiedGap = new StringBuilder();
718             }
719             intronLength++;
720             inExon = false;
721           }
722           else
723           {
724             final boolean startOfCodon = sourcePosition == mappedCodonStart;
725             int gapsToAdd = calculateGapsToInsert(preserveMappedGaps,
726                     preserveUnmappedGaps, sourceGapMappedLength, inExon,
727                     trailingCopiedGap.length(), intronLength, startOfCodon);
728             for (int i = 0; i < gapsToAdd; i++)
729             {
730               thisAligned.append(myGapChar);
731             }
732             sourceGapMappedLength = 0;
733             inExon = true;
734           }
735           thisAligned.append(c);
736           trailingCopiedGap = new StringBuilder();
737         }
738         else
739         {
740           if (inExon && preserveMappedGaps)
741           {
742             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
743           }
744           else if (!inExon && preserveUnmappedGaps)
745           {
746             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
747           }
748         }
749       }
750     }
751
752     /*
753      * At end of model aligned sequence. Copy any remaining target sequence, optionally
754      * including (intron) gaps.
755      */
756     while (thisSeqPos < thisSeq.length)
757     {
758       final char c = thisSeq[thisSeqPos++];
759       if (c != myGapChar || preserveUnmappedGaps)
760       {
761         thisAligned.append(c);
762       }
763       sourceGapMappedLength--;
764     }
765
766     /*
767      * finally add gaps to pad for any trailing source gaps or
768      * unmapped characters
769      */
770     if (preserveUnmappedGaps)
771     {
772       while (sourceGapMappedLength > 0)
773       {
774         thisAligned.append(myGapChar);
775         sourceGapMappedLength--;
776       }
777     }
778
779     /*
780      * All done aligning, set the aligned sequence.
781      */
782     alignTo.setSequence(new String(thisAligned));
783   }
784
785   /**
786    * Helper method to work out how many gaps to insert when realigning.
787    * 
788    * @param preserveMappedGaps
789    * @param preserveUnmappedGaps
790    * @param sourceGapMappedLength
791    * @param inExon
792    * @param trailingCopiedGap
793    * @param intronLength
794    * @param startOfCodon
795    * @return
796    */
797   protected static int calculateGapsToInsert(boolean preserveMappedGaps,
798           boolean preserveUnmappedGaps, int sourceGapMappedLength,
799           boolean inExon, int trailingGapLength, int intronLength,
800           final boolean startOfCodon)
801   {
802     int gapsToAdd = 0;
803     if (startOfCodon)
804     {
805       /*
806        * Reached start of codon. Ignore trailing gaps in intron unless we are
807        * preserving gaps in both exon and intron. Ignore them anyway if the
808        * protein alignment introduces a gap at least as large as the intronic
809        * region.
810        */
811       if (inExon && !preserveMappedGaps)
812       {
813         trailingGapLength = 0;
814       }
815       if (!inExon && !(preserveMappedGaps && preserveUnmappedGaps))
816       {
817         trailingGapLength = 0;
818       }
819       if (inExon)
820       {
821         gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
822       }
823       else
824       {
825         if (intronLength + trailingGapLength <= sourceGapMappedLength)
826         {
827           gapsToAdd = sourceGapMappedLength - intronLength;
828         }
829         else
830         {
831           gapsToAdd = Math.min(intronLength + trailingGapLength
832                   - sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
833         }
834       }
835     }
836     else
837     {
838       /*
839        * second or third base of codon; check for any gaps in dna
840        */
841       if (!preserveMappedGaps)
842       {
843         trailingGapLength = 0;
844       }
845       gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
846     }
847     return gapsToAdd;
848   }
849
850   /**
851    * Realigns the given protein to match the alignment of the dna, using codon
852    * mappings to translate aligned codon positions to protein residues.
853    * 
854    * @param protein
855    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
856    * @param dna
857    *          the dna alignment whose alignment we are 'copying'
858    * @return the number of sequences that were realigned
859    */
860   public static int alignProteinAsDna(AlignmentI protein, AlignmentI dna)
861   {
862     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
863     {
864       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
865       return 0;
866     }
867     List<SequenceI> unmappedProtein = new ArrayList<SequenceI>();
868     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = buildCodonColumnsMap(
869             protein, dna, unmappedProtein);
870     return alignProteinAs(protein, alignedCodons, unmappedProtein);
871   }
872
873   /**
874    * Realigns the given dna to match the alignment of the protein, using codon
875    * mappings to translate aligned peptide positions to codons.
876    * 
877    * Always produces a padded CDS alignment.
878    * 
879    * @param dna
880    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
881    * @param protein
882    *          the protein alignment whose alignment we are 'copying'
883    * @return the number of sequences that were realigned
884    */
885   public static int alignCdsAsProtein(AlignmentI dna, AlignmentI protein)
886   {
887     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
888     {
889       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
890       return 0;
891     }
892     // todo: implement this
893     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
894     int alignedCount = 0;
895     int width = 0; // alignment width for padding CDS
896     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
897     {
898       if (alignCdsSequenceAsProtein(dnaSeq, protein, mappings,
899               dna.getGapCharacter()))
900       {
901         alignedCount++;
902       }
903       width = Math.max(dnaSeq.getLength(), width);
904     }
905     int oldwidth;
906     int diff;
907     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
908     {
909       oldwidth = dnaSeq.getLength();
910       diff = width - oldwidth;
911       if (diff > 0)
912       {
913         dnaSeq.insertCharAt(oldwidth, diff, dna.getGapCharacter());
914       }
915     }
916     return alignedCount;
917   }
918
919   /**
920    * Helper method to align (if possible) the dna sequence to match the
921    * alignment of a mapped protein sequence. This is currently limited to
922    * handling coding sequence only.
923    * 
924    * @param cdsSeq
925    * @param protein
926    * @param mappings
927    * @param gapChar
928    * @return
929    */
930   static boolean alignCdsSequenceAsProtein(SequenceI cdsSeq,
931           AlignmentI protein, List<AlignedCodonFrame> mappings, char gapChar)
932   {
933     SequenceI cdsDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
934     if (cdsDss == null)
935     {
936       System.err
937               .println("alignCdsSequenceAsProtein needs aligned sequence!");
938       return false;
939     }
940     
941     List<AlignedCodonFrame> dnaMappings = MappingUtils
942             .findMappingsForSequence(cdsSeq, mappings);
943     for (AlignedCodonFrame mapping : dnaMappings)
944     {
945       SequenceI peptide = mapping.findAlignedSequence(cdsSeq, protein);
946       if (peptide != null)
947       {
948         int peptideLength = peptide.getLength();
949         Mapping map = mapping.getMappingBetween(cdsSeq, peptide);
950         if (map != null)
951         {
952           MapList mapList = map.getMap();
953           if (map.getTo() == peptide.getDatasetSequence())
954           {
955             mapList = mapList.getInverse();
956           }
957           int cdsLength = cdsDss.getLength();
958           int mappedFromLength = MappingUtils.getLength(mapList
959                   .getFromRanges());
960           int mappedToLength = MappingUtils
961                   .getLength(mapList.getToRanges());
962           boolean addStopCodon = (cdsLength == mappedFromLength * CODON_LENGTH + CODON_LENGTH)
963                   || (peptide.getDatasetSequence().getLength() == mappedFromLength - 1);
964           if (cdsLength != mappedToLength && !addStopCodon)
965           {
966             System.err
967                     .println(String
968                             .format("Can't align cds as protein (length mismatch %d/%d): %s",
969                                     cdsLength, mappedToLength,
970                                     cdsSeq.getName()));
971           }
972
973           /*
974            * pre-fill the aligned cds sequence with gaps
975            */
976           char[] alignedCds = new char[peptideLength * CODON_LENGTH
977                   + (addStopCodon ? CODON_LENGTH : 0)];
978           Arrays.fill(alignedCds, gapChar);
979
980           /*
981            * walk over the aligned peptide sequence and insert mapped 
982            * codons for residues in the aligned cds sequence 
983            */
984           char[] alignedPeptide = peptide.getSequence();
985           char[] nucleotides = cdsDss.getSequence();
986           int copiedBases = 0;
987           int cdsStart = cdsDss.getStart();
988           int proteinPos = peptide.getStart() - 1;
989           int cdsCol = 0;
990           for (char residue : alignedPeptide)
991           {
992             if (Comparison.isGap(residue))
993             {
994               cdsCol += CODON_LENGTH;
995             }
996             else
997             {
998               proteinPos++;
999               int[] codon = mapList.locateInTo(proteinPos, proteinPos);
1000               if (codon == null)
1001               {
1002                 // e.g. incomplete start codon, X in peptide
1003                 cdsCol += CODON_LENGTH;
1004               }
1005               else
1006               {
1007                 for (int j = codon[0]; j <= codon[1]; j++)
1008                 {
1009                   char mappedBase = nucleotides[j - cdsStart];
1010                   alignedCds[cdsCol++] = mappedBase;
1011                   copiedBases++;
1012                 }
1013               }
1014             }
1015           }
1016
1017           /*
1018            * append stop codon if not mapped from protein,
1019            * closing it up to the end of the mapped sequence
1020            */
1021           if (copiedBases == nucleotides.length - CODON_LENGTH)
1022           {
1023             for (int i = alignedCds.length - 1; i >= 0; i--)
1024             {
1025               if (!Comparison.isGap(alignedCds[i]))
1026               {
1027                 cdsCol = i + 1; // gap just after end of sequence
1028                 break;
1029               }
1030             }
1031             for (int i = nucleotides.length - CODON_LENGTH; i < nucleotides.length; i++)
1032             {
1033               alignedCds[cdsCol++] = nucleotides[i];
1034             }
1035           }
1036           cdsSeq.setSequence(new String(alignedCds));
1037           return true;
1038         }
1039       }
1040     }
1041     return false;
1042   }
1043
1044   /**
1045    * Builds a map whose key is an aligned codon position (3 alignment column
1046    * numbers base 0), and whose value is a map from protein sequence to each
1047    * protein's peptide residue for that codon. The map generates an ordering of
1048    * the codons, and allows us to read off the peptides at each position in
1049    * order to assemble 'aligned' protein sequences.
1050    * 
1051    * @param protein
1052    *          the protein alignment
1053    * @param dna
1054    *          the coding dna alignment
1055    * @param unmappedProtein
1056    *          any unmapped proteins are added to this list
1057    * @return
1058    */
1059   protected static Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> buildCodonColumnsMap(
1060           AlignmentI protein, AlignmentI dna,
1061           List<SequenceI> unmappedProtein)
1062   {
1063     /*
1064      * maintain a list of any proteins with no mappings - these will be
1065      * rendered 'as is' in the protein alignment as we can't align them
1066      */
1067     unmappedProtein.addAll(protein.getSequences());
1068
1069     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1070
1071     /*
1072      * Map will hold, for each aligned codon position e.g. [3, 5, 6], a map of
1073      * {dnaSequence, {proteinSequence, codonProduct}} at that position. The
1074      * comparator keeps the codon positions ordered.
1075      */
1076     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = new TreeMap<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>>(
1077             new CodonComparator());
1078
1079     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1080     {
1081       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1082       {
1083         SequenceI prot = mapping.findAlignedSequence(dnaSeq, protein);
1084         if (prot != null)
1085         {
1086           Mapping seqMap = mapping.getMappingForSequence(dnaSeq);
1087           addCodonPositions(dnaSeq, prot, protein.getGapCharacter(),
1088                   seqMap, alignedCodons);
1089           unmappedProtein.remove(prot);
1090         }
1091       }
1092     }
1093
1094     /*
1095      * Finally add any unmapped peptide start residues (e.g. for incomplete
1096      * codons) as if at the codon position before the second residue
1097      */
1098     // TODO resolve JAL-2022 so this fudge can be removed
1099     int mappedSequenceCount = protein.getHeight() - unmappedProtein.size();
1100     addUnmappedPeptideStarts(alignedCodons, mappedSequenceCount);
1101     
1102     return alignedCodons;
1103   }
1104
1105   /**
1106    * Scans for any protein mapped from position 2 (meaning unmapped start
1107    * position e.g. an incomplete codon), and synthesizes a 'codon' for it at the
1108    * preceding position in the alignment
1109    * 
1110    * @param alignedCodons
1111    *          the codon-to-peptide map
1112    * @param mappedSequenceCount
1113    *          the number of distinct sequences in the map
1114    */
1115   protected static void addUnmappedPeptideStarts(
1116           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1117           int mappedSequenceCount)
1118   {
1119     // TODO delete this ugly hack once JAL-2022 is resolved
1120     // i.e. we can model startPhase > 0 (incomplete start codon)
1121
1122     List<SequenceI> sequencesChecked = new ArrayList<SequenceI>();
1123     AlignedCodon lastCodon = null;
1124     Map<SequenceI, AlignedCodon> toAdd = new HashMap<SequenceI, AlignedCodon>();
1125
1126     for (Entry<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> entry : alignedCodons
1127             .entrySet())
1128     {
1129       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> sequenceCodon : entry.getValue()
1130               .entrySet())
1131       {
1132         SequenceI seq = sequenceCodon.getKey();
1133         if (sequencesChecked.contains(seq))
1134         {
1135           continue;
1136         }
1137         sequencesChecked.add(seq);
1138         AlignedCodon codon = sequenceCodon.getValue();
1139         if (codon.peptideCol > 1)
1140         {
1141           System.err
1142                   .println("Problem mapping protein with >1 unmapped start positions: "
1143                           + seq.getName());
1144         }
1145         else if (codon.peptideCol == 1)
1146         {
1147           /*
1148            * first position (peptideCol == 0) was unmapped - add it
1149            */
1150           if (lastCodon != null)
1151           {
1152             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(lastCodon.pos1,
1153                     lastCodon.pos2, lastCodon.pos3, String.valueOf(seq
1154                             .getCharAt(0)), 0);
1155             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1156           }
1157           else
1158           {
1159             /*
1160              * unmapped residue at start of alignment (no prior column) -
1161              * 'insert' at nominal codon [0, 0, 0]
1162              */
1163             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(0, 0, 0,
1164                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1165             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1166           }
1167         }
1168         if (sequencesChecked.size() == mappedSequenceCount)
1169         {
1170           // no need to check past first mapped position in all sequences
1171           break;
1172         }
1173       }
1174       lastCodon = entry.getKey();
1175     }
1176
1177     /*
1178      * add any new codons safely after iterating over the map
1179      */
1180     for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> startCodon : toAdd.entrySet())
1181     {
1182       addCodonToMap(alignedCodons, startCodon.getValue(),
1183               startCodon.getKey());
1184     }
1185   }
1186
1187   /**
1188    * Update the aligned protein sequences to match the codon alignments given in
1189    * the map.
1190    * 
1191    * @param protein
1192    * @param alignedCodons
1193    *          an ordered map of codon positions (columns), with sequence/peptide
1194    *          values present in each column
1195    * @param unmappedProtein
1196    * @return
1197    */
1198   protected static int alignProteinAs(AlignmentI protein,
1199           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1200           List<SequenceI> unmappedProtein)
1201   {
1202     /*
1203      * Prefill aligned sequences with gaps before inserting aligned protein
1204      * residues.
1205      */
1206     int alignedWidth = alignedCodons.size();
1207     char[] gaps = new char[alignedWidth];
1208     Arrays.fill(gaps, protein.getGapCharacter());
1209     String allGaps = String.valueOf(gaps);
1210     for (SequenceI seq : protein.getSequences())
1211     {
1212       if (!unmappedProtein.contains(seq))
1213       {
1214         seq.setSequence(allGaps);
1215       }
1216     }
1217
1218     int column = 0;
1219     for (AlignedCodon codon : alignedCodons.keySet())
1220     {
1221       final Map<SequenceI, AlignedCodon> columnResidues = alignedCodons
1222               .get(codon);
1223       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> entry : columnResidues.entrySet())
1224       {
1225         // place translated codon at its column position in sequence
1226         entry.getKey().getSequence()[column] = entry.getValue().product
1227                 .charAt(0);
1228       }
1229       column++;
1230     }
1231     return 0;
1232   }
1233
1234   /**
1235    * Populate the map of aligned codons by traversing the given sequence
1236    * mapping, locating the aligned positions of mapped codons, and adding those
1237    * positions and their translation products to the map.
1238    * 
1239    * @param dna
1240    *          the aligned sequence we are mapping from
1241    * @param protein
1242    *          the sequence to be aligned to the codons
1243    * @param gapChar
1244    *          the gap character in the dna sequence
1245    * @param seqMap
1246    *          a mapping to a sequence translation
1247    * @param alignedCodons
1248    *          the map we are building up
1249    */
1250   static void addCodonPositions(SequenceI dna, SequenceI protein,
1251           char gapChar, Mapping seqMap,
1252           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons)
1253   {
1254     Iterator<AlignedCodon> codons = seqMap.getCodonIterator(dna, gapChar);
1255
1256     /*
1257      * add codon positions, and their peptide translations, to the alignment
1258      * map, while remembering the first codon mapped
1259      */
1260     while (codons.hasNext())
1261     {
1262       try
1263       {
1264         AlignedCodon codon = codons.next();
1265         addCodonToMap(alignedCodons, codon, protein);
1266       } catch (IncompleteCodonException e)
1267       {
1268         // possible incomplete trailing codon - ignore
1269       } catch (NoSuchElementException e)
1270       {
1271         // possibly peptide lacking STOP
1272       }
1273     }
1274   }
1275
1276   /**
1277    * Helper method to add a codon-to-peptide entry to the aligned codons map
1278    * 
1279    * @param alignedCodons
1280    * @param codon
1281    * @param protein
1282    */
1283   protected static void addCodonToMap(
1284           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1285           AlignedCodon codon, SequenceI protein)
1286   {
1287     Map<SequenceI, AlignedCodon> seqProduct = alignedCodons.get(codon);
1288     if (seqProduct == null)
1289     {
1290       seqProduct = new HashMap<SequenceI, AlignedCodon>();
1291       alignedCodons.put(codon, seqProduct);
1292     }
1293     seqProduct.put(protein, codon);
1294   }
1295
1296   /**
1297    * Returns true if a cDNA/Protein mapping either exists, or could be made,
1298    * between at least one pair of sequences in the two alignments. Currently,
1299    * the logic is:
1300    * <ul>
1301    * <li>One alignment must be nucleotide, and the other protein</li>
1302    * <li>At least one pair of sequences must be already mapped, or mappable</li>
1303    * <li>Mappable means the nucleotide translation matches the protein sequence</li>
1304    * <li>The translation may ignore start and stop codons if present in the
1305    * nucleotide</li>
1306    * </ul>
1307    * 
1308    * @param al1
1309    * @param al2
1310    * @return
1311    */
1312   public static boolean isMappable(AlignmentI al1, AlignmentI al2)
1313   {
1314     if (al1 == null || al2 == null)
1315     {
1316       return false;
1317     }
1318
1319     /*
1320      * Require one nucleotide and one protein
1321      */
1322     if (al1.isNucleotide() == al2.isNucleotide())
1323     {
1324       return false;
1325     }
1326     AlignmentI dna = al1.isNucleotide() ? al1 : al2;
1327     AlignmentI protein = dna == al1 ? al2 : al1;
1328     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1329     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1330     {
1331       for (SequenceI proteinSeq : protein.getSequences())
1332       {
1333         if (isMappable(dnaSeq, proteinSeq, mappings))
1334         {
1335           return true;
1336         }
1337       }
1338     }
1339     return false;
1340   }
1341
1342   /**
1343    * Returns true if the dna sequence is mapped, or could be mapped, to the
1344    * protein sequence.
1345    * 
1346    * @param dnaSeq
1347    * @param proteinSeq
1348    * @param mappings
1349    * @return
1350    */
1351   protected static boolean isMappable(SequenceI dnaSeq,
1352           SequenceI proteinSeq, List<AlignedCodonFrame> mappings)
1353   {
1354     if (dnaSeq == null || proteinSeq == null)
1355     {
1356       return false;
1357     }
1358
1359     SequenceI dnaDs = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq : dnaSeq
1360             .getDatasetSequence();
1361     SequenceI proteinDs = proteinSeq.getDatasetSequence() == null ? proteinSeq
1362             : proteinSeq.getDatasetSequence();
1363
1364     for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1365     {
1366       if (proteinDs == mapping.getAaForDnaSeq(dnaDs))
1367       {
1368         /*
1369          * already mapped
1370          */
1371         return true;
1372       }
1373     }
1374
1375     /*
1376      * Just try to make a mapping (it is not yet stored), test whether
1377      * successful.
1378      */
1379     return mapCdnaToProtein(proteinDs, dnaDs) != null;
1380   }
1381
1382   /**
1383    * Finds any reference annotations associated with the sequences in
1384    * sequenceScope, that are not already added to the alignment, and adds them
1385    * to the 'candidates' map. Also populates a lookup table of annotation
1386    * labels, keyed by calcId, for use in constructing tooltips or the like.
1387    * 
1388    * @param sequenceScope
1389    *          the sequences to scan for reference annotations
1390    * @param labelForCalcId
1391    *          (optional) map to populate with label for calcId
1392    * @param candidates
1393    *          map to populate with annotations for sequence
1394    * @param al
1395    *          the alignment to check for presence of annotations
1396    */
1397   public static void findAddableReferenceAnnotations(
1398           List<SequenceI> sequenceScope,
1399           Map<String, String> labelForCalcId,
1400           final Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> candidates,
1401           AlignmentI al)
1402   {
1403     if (sequenceScope == null)
1404     {
1405       return;
1406     }
1407
1408     /*
1409      * For each sequence in scope, make a list of any annotations on the
1410      * underlying dataset sequence which are not already on the alignment.
1411      * 
1412      * Add to a map of { alignmentSequence, <List of annotations to add> }
1413      */
1414     for (SequenceI seq : sequenceScope)
1415     {
1416       SequenceI dataset = seq.getDatasetSequence();
1417       if (dataset == null)
1418       {
1419         continue;
1420       }
1421       AlignmentAnnotation[] datasetAnnotations = dataset.getAnnotation();
1422       if (datasetAnnotations == null)
1423       {
1424         continue;
1425       }
1426       final List<AlignmentAnnotation> result = new ArrayList<AlignmentAnnotation>();
1427       for (AlignmentAnnotation dsann : datasetAnnotations)
1428       {
1429         /*
1430          * Find matching annotations on the alignment. If none is found, then
1431          * add this annotation to the list of 'addable' annotations for this
1432          * sequence.
1433          */
1434         final Iterable<AlignmentAnnotation> matchedAlignmentAnnotations = al
1435                 .findAnnotations(seq, dsann.getCalcId(), dsann.label);
1436         if (!matchedAlignmentAnnotations.iterator().hasNext())
1437         {
1438           result.add(dsann);
1439           if (labelForCalcId != null)
1440           {
1441             labelForCalcId.put(dsann.getCalcId(), dsann.label);
1442           }
1443         }
1444       }
1445       /*
1446        * Save any addable annotations for this sequence
1447        */
1448       if (!result.isEmpty())
1449       {
1450         candidates.put(seq, result);
1451       }
1452     }
1453   }
1454
1455   /**
1456    * Adds annotations to the top of the alignment annotations, in the same order
1457    * as their related sequences.
1458    * 
1459    * @param annotations
1460    *          the annotations to add
1461    * @param alignment
1462    *          the alignment to add them to
1463    * @param selectionGroup
1464    *          current selection group (or null if none)
1465    */
1466   public static void addReferenceAnnotations(
1467           Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> annotations,
1468           final AlignmentI alignment, final SequenceGroup selectionGroup)
1469   {
1470     for (SequenceI seq : annotations.keySet())
1471     {
1472       for (AlignmentAnnotation ann : annotations.get(seq))
1473       {
1474         AlignmentAnnotation copyAnn = new AlignmentAnnotation(ann);
1475         int startRes = 0;
1476         int endRes = ann.annotations.length;
1477         if (selectionGroup != null)
1478         {
1479           startRes = selectionGroup.getStartRes();
1480           endRes = selectionGroup.getEndRes();
1481         }
1482         copyAnn.restrict(startRes, endRes);
1483
1484         /*
1485          * Add to the sequence (sets copyAnn.datasetSequence), unless the
1486          * original annotation is already on the sequence.
1487          */
1488         if (!seq.hasAnnotation(ann))
1489         {
1490           seq.addAlignmentAnnotation(copyAnn);
1491         }
1492         // adjust for gaps
1493         copyAnn.adjustForAlignment();
1494         // add to the alignment and set visible
1495         alignment.addAnnotation(copyAnn);
1496         copyAnn.visible = true;
1497       }
1498     }
1499   }
1500
1501   /**
1502    * Set visibility of alignment annotations of specified types (labels), for
1503    * specified sequences. This supports controls like
1504    * "Show all secondary structure", "Hide all Temp factor", etc.
1505    * 
1506    * @al the alignment to scan for annotations
1507    * @param types
1508    *          the types (labels) of annotations to be updated
1509    * @param forSequences
1510    *          if not null, only annotations linked to one of these sequences are
1511    *          in scope for update; if null, acts on all sequence annotations
1512    * @param anyType
1513    *          if this flag is true, 'types' is ignored (label not checked)
1514    * @param doShow
1515    *          if true, set visibility on, else set off
1516    */
1517   public static void showOrHideSequenceAnnotations(AlignmentI al,
1518           Collection<String> types, List<SequenceI> forSequences,
1519           boolean anyType, boolean doShow)
1520   {
1521     AlignmentAnnotation[] anns = al.getAlignmentAnnotation();
1522     if (anns != null)
1523     {
1524       for (AlignmentAnnotation aa : anns)
1525       {
1526         if (anyType || types.contains(aa.label))
1527         {
1528           if ((aa.sequenceRef != null)
1529                   && (forSequences == null || forSequences
1530                           .contains(aa.sequenceRef)))
1531           {
1532             aa.visible = doShow;
1533           }
1534         }
1535       }
1536     }
1537   }
1538
1539   /**
1540    * Returns true if either sequence has a cross-reference to the other
1541    * 
1542    * @param seq1
1543    * @param seq2
1544    * @return
1545    */
1546   public static boolean haveCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1547   {
1548     // Note: moved here from class CrossRef as the latter class has dependencies
1549     // not availability to the applet's classpath
1550     return hasCrossRef(seq1, seq2) || hasCrossRef(seq2, seq1);
1551   }
1552
1553   /**
1554    * Returns true if seq1 has a cross-reference to seq2. Currently this assumes
1555    * that sequence name is structured as Source|AccessionId.
1556    * 
1557    * @param seq1
1558    * @param seq2
1559    * @return
1560    */
1561   public static boolean hasCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1562   {
1563     if (seq1 == null || seq2 == null)
1564     {
1565       return false;
1566     }
1567     String name = seq2.getName();
1568     final DBRefEntry[] xrefs = seq1.getDBRefs();
1569     if (xrefs != null)
1570     {
1571       for (DBRefEntry xref : xrefs)
1572       {
1573         String xrefName = xref.getSource() + "|" + xref.getAccessionId();
1574         // case-insensitive test, consistent with DBRefEntry.equalRef()
1575         if (xrefName.equalsIgnoreCase(name))
1576         {
1577           return true;
1578         }
1579       }
1580     }
1581     return false;
1582   }
1583
1584   /**
1585    * Constructs an alignment consisting of the mapped (CDS) regions in the given
1586    * nucleotide sequences, and updates mappings to match. The CDS sequences are
1587    * added to the original alignment's dataset, which is shared by the new
1588    * alignment. Mappings from nucleotide to CDS, and from CDS to protein, are
1589    * added to the alignment dataset.
1590    * 
1591    * @param dna
1592    *          aligned nucleotide (dna or cds) sequences
1593    * @param dataset
1594    *          the alignment dataset the sequences belong to
1595    * @param products
1596    *          (optional) to restrict results to CDS that map to specified
1597    *          protein products
1598    * @return an alignment whose sequences are the cds-only parts of the dna
1599    *         sequences (or null if no mappings are found)
1600    */
1601   public static AlignmentI makeCdsAlignment(SequenceI[] dna,
1602           AlignmentI dataset, SequenceI[] products)
1603   {
1604     if (dataset == null || dataset.getDataset() != null)
1605     {
1606       throw new IllegalArgumentException(
1607               "IMPLEMENTATION ERROR: dataset.getDataset() must be null!");
1608     }
1609     List<SequenceI> foundSeqs = new ArrayList<SequenceI>();
1610     List<SequenceI> cdsSeqs = new ArrayList<SequenceI>();
1611     List<AlignedCodonFrame> mappings = dataset.getCodonFrames();
1612     HashSet<SequenceI> productSeqs = null;
1613     if (products != null)
1614     {
1615       productSeqs = new HashSet<SequenceI>();
1616       for (SequenceI seq : products)
1617       {
1618         productSeqs.add(seq.getDatasetSequence() == null ? seq : seq
1619                 .getDatasetSequence());
1620       }
1621     }
1622
1623     /*
1624      * Construct CDS sequences from mappings on the alignment dataset.
1625      * The logic is:
1626      * - find the protein product(s) mapped to from each dna sequence
1627      * - if the mapping covers the whole dna sequence (give or take start/stop
1628      *   codon), take the dna as the CDS sequence
1629      * - else search dataset mappings for a suitable dna sequence, i.e. one
1630      *   whose whole sequence is mapped to the protein 
1631      * - if no sequence found, construct one from the dna sequence and mapping
1632      *   (and add it to dataset so it is found if this is repeated)
1633      */
1634     for (SequenceI dnaSeq : dna)
1635     {
1636       SequenceI dnaDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1637               : dnaSeq.getDatasetSequence();
1638
1639       List<AlignedCodonFrame> seqMappings = MappingUtils
1640               .findMappingsForSequence(dnaSeq, mappings);
1641       for (AlignedCodonFrame mapping : seqMappings)
1642       {
1643         List<Mapping> mappingsFromSequence = mapping
1644                 .getMappingsFromSequence(dnaSeq);
1645
1646         for (Mapping aMapping : mappingsFromSequence)
1647         {
1648           MapList mapList = aMapping.getMap();
1649           if (mapList.getFromRatio() == 1)
1650           {
1651             /*
1652              * not a dna-to-protein mapping (likely dna-to-cds)
1653              */
1654             continue;
1655           }
1656
1657           /*
1658            * skip if mapping is not to one of the target set of proteins
1659            */
1660           SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1661           if (productSeqs != null && !productSeqs.contains(proteinProduct))
1662           {
1663             continue;
1664           }
1665
1666           /*
1667            * try to locate the CDS from the dataset mappings;
1668            * guard against duplicate results (for the case that protein has
1669            * dbrefs to both dna and cds sequences)
1670            */
1671           SequenceI cdsSeq = findCdsForProtein(mappings, dnaSeq,
1672                   seqMappings, aMapping);
1673           if (cdsSeq != null)
1674           {
1675             if (!foundSeqs.contains(cdsSeq))
1676             {
1677               foundSeqs.add(cdsSeq);
1678               SequenceI derivedSequence = cdsSeq.deriveSequence();
1679               cdsSeqs.add(derivedSequence);
1680               if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeq))
1681               {
1682                 dataset.addSequence(cdsSeq);
1683               }
1684             }
1685             continue;
1686           }
1687
1688           /*
1689            * didn't find mapped CDS sequence - construct it and add
1690            * its dataset sequence to the dataset
1691            */
1692           cdsSeq = makeCdsSequence(dnaSeq.getDatasetSequence(), aMapping);
1693           SequenceI cdsSeqDss = cdsSeq.createDatasetSequence();
1694           cdsSeqs.add(cdsSeq);
1695           if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeqDss))
1696           {
1697             dataset.addSequence(cdsSeqDss);
1698           }
1699
1700           /*
1701            * add a mapping from CDS to the (unchanged) mapped to range
1702            */
1703           List<int[]> cdsRange = Collections.singletonList(new int[] { 1,
1704               cdsSeq.getLength() });
1705           MapList cdsToProteinMap = new MapList(cdsRange, mapList.getToRanges(),
1706                   mapList.getFromRatio(), mapList.getToRatio());
1707           AlignedCodonFrame cdsToProteinMapping = new AlignedCodonFrame();
1708           cdsToProteinMapping.addMap(cdsSeq, proteinProduct, cdsToProteinMap);
1709
1710           /*
1711            * guard against duplicating the mapping if repeating this action
1712            */
1713           if (!mappings.contains(cdsToProteinMapping))
1714           {
1715             mappings.add(cdsToProteinMapping);
1716           }
1717
1718           /*
1719            * copy protein's dbrefs to CDS sequence
1720            * this enables Get Cross-References from CDS alignment
1721            */
1722           DBRefEntry[] proteinRefs = DBRefUtils.selectDbRefs(false,
1723                   proteinProduct.getDBRefs());
1724           if (proteinRefs != null)
1725           {
1726             for (DBRefEntry ref : proteinRefs)
1727             {
1728               DBRefEntry cdsToProteinRef = new DBRefEntry(ref);
1729               cdsToProteinRef.setMap(new Mapping(proteinProduct,
1730                       cdsToProteinMap));
1731               cdsSeqDss.addDBRef(cdsToProteinRef);
1732             }
1733           }
1734
1735           /*
1736            * add another mapping from original 'from' range to CDS
1737            */
1738           AlignedCodonFrame dnaToCdsMapping = new AlignedCodonFrame();
1739           MapList dnaToCdsMap = new MapList(mapList.getFromRanges(),
1740                   cdsRange, 1,
1741                   1);
1742           dnaToCdsMapping.addMap(dnaSeq.getDatasetSequence(), cdsSeq,
1743                   dnaToCdsMap);
1744           if (!mappings.contains(dnaToCdsMapping))
1745           {
1746             mappings.add(dnaToCdsMapping);
1747           }
1748
1749           /*
1750            * add DBRef with mapping from protein to CDS
1751            * (this enables Get Cross-References from protein alignment)
1752            * This is tricky because we can't have two DBRefs with the
1753            * same source and accession, so need a different accession for
1754            * the CDS from the dna sequence
1755            */
1756           DBRefEntryI dnaRef = dnaDss.getSourceDBRef();
1757           if (dnaRef != null)
1758           {
1759             // assuming cds version same as dna ?!?
1760             DBRefEntry proteinToCdsRef = new DBRefEntry(dnaRef.getSource(),
1761                     dnaRef.getVersion(), cdsSeq.getName());
1762             proteinToCdsRef.setMap(new Mapping(cdsSeqDss, cdsToProteinMap
1763                     .getInverse()));
1764             proteinProduct.addDBRef(proteinToCdsRef);
1765           }
1766
1767           /*
1768            * transfer any features on dna that overlap the CDS
1769            */
1770           transferFeatures(dnaSeq, cdsSeq, cdsToProteinMap, null,
1771                   SequenceOntologyI.CDS);
1772         }
1773       }
1774     }
1775
1776     AlignmentI cds = new Alignment(cdsSeqs.toArray(new SequenceI[cdsSeqs
1777             .size()]));
1778     cds.setDataset(dataset);
1779
1780     return cds;
1781   }
1782
1783   /**
1784    * A helper method that finds a CDS sequence in the alignment dataset that is
1785    * mapped to the given protein sequence, and either is, or has a mapping from,
1786    * the given dna sequence.
1787    * 
1788    * @param mappings
1789    *          set of all mappings on the dataset
1790    * @param dnaSeq
1791    *          a dna (or cds) sequence we are searching from
1792    * @param seqMappings
1793    *          the set of mappings involving dnaSeq
1794    * @param aMapping
1795    *          an initial candidate from seqMappings
1796    * @return
1797    */
1798   static SequenceI findCdsForProtein(List<AlignedCodonFrame> mappings,
1799           SequenceI dnaSeq, List<AlignedCodonFrame> seqMappings,
1800           Mapping aMapping)
1801   {
1802     /*
1803      * TODO a better dna-cds-protein mapping data representation to allow easy
1804      * navigation; until then this clunky looping around lists of mappings
1805      */
1806     SequenceI seqDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1807             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1808     SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1809
1810     /*
1811      * is this mapping from the whole dna sequence (i.e. CDS)?
1812      * allowing for possible stop codon on dna but not peptide
1813      */
1814     int mappedFromLength = MappingUtils.getLength(aMapping.getMap()
1815             .getFromRanges());
1816     int dnaLength = seqDss.getLength();
1817     if (mappedFromLength == dnaLength || mappedFromLength == dnaLength - CODON_LENGTH)
1818     {
1819       return seqDss;
1820     }
1821
1822     /*
1823      * looks like we found the dna-to-protein mapping; search for the
1824      * corresponding cds-to-protein mapping
1825      */
1826     List<AlignedCodonFrame> mappingsToPeptide = MappingUtils
1827             .findMappingsForSequence(proteinProduct, mappings);
1828     for (AlignedCodonFrame acf : mappingsToPeptide)
1829     {
1830       for (SequenceToSequenceMapping map : acf.getMappings())
1831       {
1832         Mapping mapping = map.getMapping();
1833         if (mapping != aMapping && mapping.getMap().getFromRatio() == CODON_LENGTH
1834                 && proteinProduct == mapping.getTo()
1835                 && seqDss != map.getFromSeq())
1836         {
1837           mappedFromLength = MappingUtils.getLength(mapping.getMap()
1838                   .getFromRanges());
1839           if (mappedFromLength == map.getFromSeq().getLength())
1840           {
1841             /*
1842             * found a 3:1 mapping to the protein product which covers
1843             * the whole dna sequence i.e. is from CDS; finally check it
1844             * is from the dna start sequence
1845             */
1846             SequenceI cdsSeq = map.getFromSeq();
1847             List<AlignedCodonFrame> dnaToCdsMaps = MappingUtils
1848                     .findMappingsForSequence(cdsSeq, seqMappings);
1849             if (!dnaToCdsMaps.isEmpty())
1850             {
1851               return cdsSeq;
1852             }
1853           }
1854         }
1855       }
1856     }
1857     return null;
1858   }
1859
1860   /**
1861    * Helper method that makes a CDS sequence as defined by the mappings from the
1862    * given sequence i.e. extracts the 'mapped from' ranges (which may be on
1863    * forward or reverse strand).
1864    * 
1865    * @param seq
1866    * @param mapping
1867    * @return CDS sequence (as a dataset sequence)
1868    */
1869   static SequenceI makeCdsSequence(SequenceI seq, Mapping mapping)
1870   {
1871     char[] seqChars = seq.getSequence();
1872     List<int[]> fromRanges = mapping.getMap().getFromRanges();
1873     int cdsWidth = MappingUtils.getLength(fromRanges);
1874     char[] newSeqChars = new char[cdsWidth];
1875
1876     int newPos = 0;
1877     for (int[] range : fromRanges)
1878     {
1879       if (range[0] <= range[1])
1880       {
1881         // forward strand mapping - just copy the range
1882         int length = range[1] - range[0] + 1;
1883         System.arraycopy(seqChars, range[0] - 1, newSeqChars, newPos,
1884                 length);
1885         newPos += length;
1886       }
1887       else
1888       {
1889         // reverse strand mapping - copy and complement one by one
1890         for (int i = range[0]; i >= range[1]; i--)
1891         {
1892           newSeqChars[newPos++] = Dna.getComplement(seqChars[i - 1]);
1893         }
1894       }
1895     }
1896
1897     /*
1898      * assign 'from id' held in the mapping if set (e.g. EMBL protein_id),
1899      * else generate a sequence name
1900      */
1901     String mapFromId = mapping.getMappedFromId();
1902     String seqId = "CDS|" + (mapFromId != null ? mapFromId : seq.getName());
1903     SequenceI newSeq = new Sequence(seqId, newSeqChars, 1, newPos);
1904     // newSeq.setDescription(mapFromId);
1905
1906     return newSeq;
1907   }
1908
1909   /**
1910    * Transfers co-located features on 'fromSeq' to 'toSeq', adjusting the
1911    * feature start/end ranges, optionally omitting specified feature types.
1912    * Returns the number of features copied.
1913    * 
1914    * @param fromSeq
1915    * @param toSeq
1916    * @param select
1917    *          if not null, only features of this type are copied (including
1918    *          subtypes in the Sequence Ontology)
1919    * @param mapping
1920    *          the mapping from 'fromSeq' to 'toSeq'
1921    * @param omitting
1922    */
1923   public static int transferFeatures(SequenceI fromSeq, SequenceI toSeq,
1924           MapList mapping, String select, String... omitting)
1925   {
1926     SequenceI copyTo = toSeq;
1927     while (copyTo.getDatasetSequence() != null)
1928     {
1929       copyTo = copyTo.getDatasetSequence();
1930     }
1931
1932     SequenceOntologyI so = SequenceOntologyFactory.getInstance();
1933     int count = 0;
1934     SequenceFeature[] sfs = fromSeq.getSequenceFeatures();
1935     if (sfs != null)
1936     {
1937       for (SequenceFeature sf : sfs)
1938       {
1939         String type = sf.getType();
1940         if (select != null && !so.isA(type, select))
1941         {
1942           continue;
1943         }
1944         boolean omit = false;
1945         for (String toOmit : omitting)
1946         {
1947           if (type.equals(toOmit))
1948           {
1949             omit = true;
1950           }
1951         }
1952         if (omit)
1953         {
1954           continue;
1955         }
1956
1957         /*
1958          * locate the mapped range - null if either start or end is
1959          * not mapped (no partial overlaps are calculated)
1960          */
1961         int start = sf.getBegin();
1962         int end = sf.getEnd();
1963         int[] mappedTo = mapping.locateInTo(start, end);
1964         /*
1965          * if whole exon range doesn't map, try interpreting it
1966          * as 5' or 3' exon overlapping the CDS range
1967          */
1968         if (mappedTo == null)
1969         {
1970           mappedTo = mapping.locateInTo(end, end);
1971           if (mappedTo != null)
1972           {
1973             /*
1974              * end of exon is in CDS range - 5' overlap
1975              * to a range from the start of the peptide
1976              */
1977             mappedTo[0] = 1;
1978           }
1979         }
1980         if (mappedTo == null)
1981         {
1982           mappedTo = mapping.locateInTo(start, start);
1983           if (mappedTo != null)
1984           {
1985             /*
1986              * start of exon is in CDS range - 3' overlap
1987              * to a range up to the end of the peptide
1988              */
1989             mappedTo[1] = toSeq.getLength();
1990           }
1991         }
1992         if (mappedTo != null)
1993         {
1994           SequenceFeature copy = new SequenceFeature(sf);
1995           copy.setBegin(Math.min(mappedTo[0], mappedTo[1]));
1996           copy.setEnd(Math.max(mappedTo[0], mappedTo[1]));
1997           copyTo.addSequenceFeature(copy);
1998           count++;
1999         }
2000       }
2001     }
2002     return count;
2003   }
2004
2005   /**
2006    * Returns a mapping from dna to protein by inspecting sequence features of
2007    * type "CDS" on the dna.
2008    * 
2009    * @param dnaSeq
2010    * @param proteinSeq
2011    * @return
2012    */
2013   public static MapList mapCdsToProtein(SequenceI dnaSeq,
2014           SequenceI proteinSeq)
2015   {
2016     List<int[]> ranges = findCdsPositions(dnaSeq);
2017     int mappedDnaLength = MappingUtils.getLength(ranges);
2018
2019     int proteinLength = proteinSeq.getLength();
2020     int proteinStart = proteinSeq.getStart();
2021     int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
2022
2023     /*
2024      * incomplete start codon may mean X at start of peptide
2025      * we ignore both for mapping purposes
2026      */
2027     if (proteinSeq.getCharAt(0) == 'X')
2028     {
2029       // todo JAL-2022 support startPhase > 0
2030       proteinStart++;
2031       proteinLength--;
2032     }
2033     List<int[]> proteinRange = new ArrayList<int[]>();
2034
2035     /*
2036      * dna length should map to protein (or protein plus stop codon)
2037      */
2038     int codesForResidues = mappedDnaLength / CODON_LENGTH;
2039     if (codesForResidues == (proteinLength + 1))
2040     {
2041       // assuming extra codon is for STOP and not in peptide
2042       codesForResidues--;
2043     }
2044     if (codesForResidues == proteinLength)
2045     {
2046       proteinRange.add(new int[] { proteinStart, proteinEnd });
2047       return new MapList(ranges, proteinRange, CODON_LENGTH, 1);
2048     }
2049     return null;
2050   }
2051
2052   /**
2053    * Returns a list of CDS ranges found (as sequence positions base 1), i.e. of
2054    * start/end positions of sequence features of type "CDS" (or a sub-type of
2055    * CDS in the Sequence Ontology). The ranges are sorted into ascending start
2056    * position order, so this method is only valid for linear CDS in the same
2057    * sense as the protein product.
2058    * 
2059    * @param dnaSeq
2060    * @return
2061    */
2062   public static List<int[]> findCdsPositions(SequenceI dnaSeq)
2063   {
2064     List<int[]> result = new ArrayList<int[]>();
2065     SequenceFeature[] sfs = dnaSeq.getSequenceFeatures();
2066     if (sfs == null)
2067     {
2068       return result;
2069     }
2070
2071     SequenceOntologyI so = SequenceOntologyFactory.getInstance();
2072     int startPhase = 0;
2073
2074     for (SequenceFeature sf : sfs)
2075     {
2076       /*
2077        * process a CDS feature (or a sub-type of CDS)
2078        */
2079       if (so.isA(sf.getType(), SequenceOntologyI.CDS))
2080       {
2081         int phase = 0;
2082         try
2083         {
2084           phase = Integer.parseInt(sf.getPhase());
2085         } catch (NumberFormatException e)
2086         {
2087           // ignore
2088         }
2089         /*
2090          * phase > 0 on first codon means 5' incomplete - skip to the start
2091          * of the next codon; example ENST00000496384
2092          */
2093         int begin = sf.getBegin();
2094         int end = sf.getEnd();
2095         if (result.isEmpty())
2096         {
2097           begin += phase;
2098           if (begin > end)
2099           {
2100             // shouldn't happen!
2101             System.err
2102                     .println("Error: start phase extends beyond start CDS in "
2103                             + dnaSeq.getName());
2104           }
2105         }
2106         result.add(new int[] { begin, end });
2107       }
2108     }
2109
2110     /*
2111      * remove 'startPhase' positions (usually 0) from the first range 
2112      * so we begin at the start of a complete codon
2113      */
2114     if (!result.isEmpty())
2115     {
2116       // TODO JAL-2022 correctly model start phase > 0
2117       result.get(0)[0] += startPhase;
2118     }
2119
2120     /*
2121      * Finally sort ranges by start position. This avoids a dependency on 
2122      * keeping features in order on the sequence (if they are in order anyway,
2123      * the sort will have almost no work to do). The implicit assumption is CDS
2124      * ranges are assembled in order. Other cases should not use this method,
2125      * but instead construct an explicit mapping for CDS (e.g. EMBL parsing).
2126      */
2127     Collections.sort(result, new Comparator<int[]>()
2128     {
2129       @Override
2130       public int compare(int[] o1, int[] o2)
2131       {
2132         return Integer.compare(o1[0], o2[0]);
2133       }
2134     });
2135     return result;
2136   }
2137
2138   /**
2139    * Maps exon features from dna to protein, and computes variants in peptide
2140    * product generated by variants in dna, and adds them as sequence_variant
2141    * features on the protein sequence. Returns the number of variant features
2142    * added.
2143    * 
2144    * @param dnaSeq
2145    * @param peptide
2146    * @param dnaToProtein
2147    */
2148   public static int computeProteinFeatures(SequenceI dnaSeq,
2149           SequenceI peptide, MapList dnaToProtein)
2150   {
2151     while (dnaSeq.getDatasetSequence() != null)
2152     {
2153       dnaSeq = dnaSeq.getDatasetSequence();
2154     }
2155     while (peptide.getDatasetSequence() != null)
2156     {
2157       peptide = peptide.getDatasetSequence();
2158     }
2159
2160     transferFeatures(dnaSeq, peptide, dnaToProtein, SequenceOntologyI.EXON);
2161
2162     /*
2163      * compute protein variants from dna variants and codon mappings;
2164      * NB - alternatively we could retrieve this using the REST service e.g.
2165      * http://rest.ensembl.org/overlap/translation
2166      * /ENSP00000288602?feature=transcript_variation;content-type=text/xml
2167      * which would be a bit slower but possibly more reliable
2168      */
2169
2170     /*
2171      * build a map with codon variations for each potentially varying peptide
2172      */
2173     LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]> variants = buildDnaVariantsMap(
2174             dnaSeq, dnaToProtein);
2175
2176     /*
2177      * scan codon variations, compute peptide variants and add to peptide sequence
2178      */
2179     int count = 0;
2180     for (Entry<Integer, List<DnaVariant>[]> variant : variants.entrySet())
2181     {
2182       int peptidePos = variant.getKey();
2183       List<DnaVariant>[] codonVariants = variant.getValue();
2184       count += computePeptideVariants(peptide, peptidePos, codonVariants);
2185     }
2186
2187     /*
2188      * sort to get sequence features in start position order
2189      * - would be better to store in Sequence as a TreeSet or NCList?
2190      */
2191     if (peptide.getSequenceFeatures() != null)
2192     {
2193       Arrays.sort(peptide.getSequenceFeatures(),
2194               new Comparator<SequenceFeature>()
2195               {
2196                 @Override
2197                 public int compare(SequenceFeature o1, SequenceFeature o2)
2198                 {
2199                   int c = Integer.compare(o1.getBegin(), o2.getBegin());
2200                   return c == 0 ? Integer.compare(o1.getEnd(), o2.getEnd())
2201                           : c;
2202                 }
2203               });
2204     }
2205     return count;
2206   }
2207
2208   /**
2209    * Computes non-synonymous peptide variants from codon variants and adds them
2210    * as sequence_variant features on the protein sequence (one feature per
2211    * allele variant). Selected attributes (variant id, clinical significance)
2212    * are copied over to the new features.
2213    * 
2214    * @param peptide
2215    *          the protein sequence
2216    * @param peptidePos
2217    *          the position to compute peptide variants for
2218    * @param codonVariants
2219    *          a list of dna variants per codon position
2220    * @return the number of features added
2221    */
2222   static int computePeptideVariants(SequenceI peptide, int peptidePos,
2223           List<DnaVariant>[] codonVariants)
2224   {
2225     String residue = String.valueOf(peptide.getCharAt(peptidePos - 1));
2226     int count = 0;
2227     String base1 = codonVariants[0].get(0).base;
2228     String base2 = codonVariants[1].get(0).base;
2229     String base3 = codonVariants[2].get(0).base;
2230
2231     /*
2232      * variants in first codon base
2233      */
2234     for (DnaVariant var : codonVariants[0])
2235     {
2236       if (var.variant != null)
2237       {
2238         String alleles = (String) var.variant.getValue("alleles");
2239         if (alleles != null)
2240         {
2241           for (String base : alleles.split(","))
2242           {
2243             String codon = base + base2 + base3;
2244             if (addPeptideVariant(peptide, peptidePos, residue, var, codon))
2245             {
2246               count++;
2247             }
2248           }
2249         }
2250       }
2251     }
2252
2253     /*
2254      * variants in second codon base
2255      */
2256     for (DnaVariant var : codonVariants[1])
2257     {
2258       if (var.variant != null)
2259       {
2260         String alleles = (String) var.variant.getValue("alleles");
2261         if (alleles != null)
2262         {
2263           for (String base : alleles.split(","))
2264           {
2265             String codon = base1 + base + base3;
2266             if (addPeptideVariant(peptide, peptidePos, residue, var, codon))
2267             {
2268               count++;
2269             }
2270           }
2271         }
2272       }
2273     }
2274
2275     /*
2276      * variants in third codon base
2277      */
2278     for (DnaVariant var : codonVariants[2])
2279     {
2280       if (var.variant != null)
2281       {
2282         String alleles = (String) var.variant.getValue("alleles");
2283         if (alleles != null)
2284         {
2285           for (String base : alleles.split(","))
2286           {
2287             String codon = base1 + base2 + base;
2288             if (addPeptideVariant(peptide, peptidePos, residue, var, codon))
2289             {
2290               count++;
2291             }
2292           }
2293         }
2294       }
2295     }
2296
2297     return count;
2298   }
2299
2300   /**
2301    * Helper method that adds a peptide variant feature, provided the given codon
2302    * translates to a value different to the current residue (is a non-synonymous
2303    * variant). ID and clinical_significance attributes of the dna variant (if
2304    * present) are copied to the new feature.
2305    * 
2306    * @param peptide
2307    * @param peptidePos
2308    * @param residue
2309    * @param var
2310    * @param codon
2311    * @return true if a feature was added, else false
2312    */
2313   static boolean addPeptideVariant(SequenceI peptide, int peptidePos,
2314           String residue, DnaVariant var, String codon)
2315   {
2316     /*
2317      * get peptide translation of codon e.g. GAT -> D
2318      * note that variants which are not single alleles,
2319      * e.g. multibase variants or HGMD_MUTATION etc
2320      * are currently ignored here
2321      */
2322     String trans = codon.contains("-") ? "-"
2323             : (codon.length() > CODON_LENGTH ? null : ResidueProperties
2324                     .codonTranslate(codon));
2325     if (trans != null && !trans.equals(residue))
2326     {
2327       String residue3Char = StringUtils
2328               .toSentenceCase(ResidueProperties.aa2Triplet.get(residue));
2329       String trans3Char = StringUtils
2330               .toSentenceCase(ResidueProperties.aa2Triplet.get(trans));
2331       String desc = "p." + residue3Char + peptidePos + trans3Char;
2332       // set score to 0f so 'graduated colour' option is offered! JAL-2060
2333       SequenceFeature sf = new SequenceFeature(
2334               SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT, desc, peptidePos,
2335               peptidePos, 0f, var.getSource());
2336       StringBuilder attributes = new StringBuilder(32);
2337       String id = (String) var.variant.getValue(ID);
2338       if (id != null)
2339       {
2340         if (id.startsWith(SEQUENCE_VARIANT))
2341         {
2342           id = id.substring(SEQUENCE_VARIANT.length());
2343         }
2344         sf.setValue(ID, id);
2345         attributes.append(ID).append("=").append(id);
2346         // TODO handle other species variants JAL-2064
2347         StringBuilder link = new StringBuilder(32);
2348         try
2349         {
2350           link.append(desc).append(" ").append(id)
2351                   .append("|http://www.ensembl.org/Homo_sapiens/Variation/Summary?v=")
2352                   .append(URLEncoder.encode(id, "UTF-8"));
2353           sf.addLink(link.toString());
2354         } catch (UnsupportedEncodingException e)
2355         {
2356           // as if
2357         }
2358       }
2359       String clinSig = (String) var.variant
2360               .getValue(CLINICAL_SIGNIFICANCE);
2361       if (clinSig != null)
2362       {
2363         sf.setValue(CLINICAL_SIGNIFICANCE, clinSig);
2364         attributes.append(";").append(CLINICAL_SIGNIFICANCE).append("=")
2365                 .append(clinSig);
2366       }
2367       peptide.addSequenceFeature(sf);
2368       if (attributes.length() > 0)
2369       {
2370         sf.setAttributes(attributes.toString());
2371       }
2372       return true;
2373     }
2374     return false;
2375   }
2376
2377   /**
2378    * Builds a map whose key is position in the protein sequence, and value is a
2379    * list of the base and all variants for each corresponding codon position
2380    * 
2381    * @param dnaSeq
2382    * @param dnaToProtein
2383    * @return
2384    */
2385   @SuppressWarnings("unchecked")
2386   static LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]> buildDnaVariantsMap(
2387           SequenceI dnaSeq, MapList dnaToProtein)
2388   {
2389     /*
2390      * map from peptide position to all variants of the codon which codes for it
2391      * LinkedHashMap ensures we keep the peptide features in sequence order
2392      */
2393     LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]> variants = new LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]>();
2394     SequenceOntologyI so = SequenceOntologyFactory.getInstance();
2395
2396     SequenceFeature[] dnaFeatures = dnaSeq.getSequenceFeatures();
2397     if (dnaFeatures == null)
2398     {
2399       return variants;
2400     }
2401
2402     int dnaStart = dnaSeq.getStart();
2403     int[] lastCodon = null;
2404     int lastPeptidePostion = 0;
2405
2406     /*
2407      * build a map of codon variations for peptides
2408      */
2409     for (SequenceFeature sf : dnaFeatures)
2410     {
2411       int dnaCol = sf.getBegin();
2412       if (dnaCol != sf.getEnd())
2413       {
2414         // not handling multi-locus variant features
2415         continue;
2416       }
2417       if (so.isA(sf.getType(), SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT))
2418       {
2419         int[] mapsTo = dnaToProtein.locateInTo(dnaCol, dnaCol);
2420         if (mapsTo == null)
2421         {
2422           // feature doesn't lie within coding region
2423           continue;
2424         }
2425         int peptidePosition = mapsTo[0];
2426         List<DnaVariant>[] codonVariants = variants.get(peptidePosition);
2427         if (codonVariants == null)
2428         {
2429           codonVariants = new ArrayList[CODON_LENGTH];
2430           codonVariants[0] = new ArrayList<DnaVariant>();
2431           codonVariants[1] = new ArrayList<DnaVariant>();
2432           codonVariants[2] = new ArrayList<DnaVariant>();
2433           variants.put(peptidePosition, codonVariants);
2434         }
2435
2436         /*
2437          * extract dna variants to a string array
2438          */
2439         String alls = (String) sf.getValue("alleles");
2440         if (alls == null)
2441         {
2442           continue;
2443         }
2444         String[] alleles = alls.toUpperCase().split(",");
2445         int i = 0;
2446         for (String allele : alleles)
2447         {
2448           alleles[i++] = allele.trim(); // lose any space characters "A, G"
2449         }
2450
2451         /*
2452          * get this peptide's codon positions e.g. [3, 4, 5] or [4, 7, 10]
2453          */
2454         int[] codon = peptidePosition == lastPeptidePostion ? lastCodon
2455                 : MappingUtils.flattenRanges(dnaToProtein.locateInFrom(
2456                         peptidePosition, peptidePosition));
2457         lastPeptidePostion = peptidePosition;
2458         lastCodon = codon;
2459
2460         /*
2461          * save nucleotide (and any variant) for each codon position
2462          */
2463         for (int codonPos = 0; codonPos < CODON_LENGTH; codonPos++)
2464         {
2465           String nucleotide = String.valueOf(
2466                   dnaSeq.getCharAt(codon[codonPos] - dnaStart))
2467                   .toUpperCase();
2468           List<DnaVariant> codonVariant = codonVariants[codonPos];
2469           if (codon[codonPos] == dnaCol)
2470           {
2471             if (!codonVariant.isEmpty()
2472                     && codonVariant.get(0).variant == null)
2473             {
2474               /*
2475                * already recorded base value, add this variant
2476                */
2477               codonVariant.get(0).variant = sf;
2478             }
2479             else
2480             {
2481               /*
2482                * add variant with base value
2483                */
2484               codonVariant.add(new DnaVariant(nucleotide, sf));
2485             }
2486           }
2487           else if (codonVariant.isEmpty())
2488           {
2489             /*
2490              * record (possibly non-varying) base value
2491              */
2492             codonVariant.add(new DnaVariant(nucleotide));
2493           }
2494         }
2495       }
2496     }
2497     return variants;
2498   }
2499
2500   /**
2501    * Makes an alignment with a copy of the given sequences, adding in any
2502    * non-redundant sequences which are mapped to by the cross-referenced
2503    * sequences.
2504    * 
2505    * @param seqs
2506    * @param xrefs
2507    * @param dataset
2508    *          the alignment dataset shared by the new copy
2509    * @return
2510    */
2511   public static AlignmentI makeCopyAlignment(SequenceI[] seqs,
2512           SequenceI[] xrefs, AlignmentI dataset)
2513   {
2514     AlignmentI copy = new Alignment(new Alignment(seqs));
2515     copy.setDataset(dataset);
2516
2517     SequenceIdMatcher matcher = new SequenceIdMatcher(seqs);
2518     if (xrefs != null)
2519     {
2520       for (SequenceI xref : xrefs)
2521       {
2522         DBRefEntry[] dbrefs = xref.getDBRefs();
2523         if (dbrefs != null)
2524         {
2525           for (DBRefEntry dbref : dbrefs)
2526           {
2527             if (dbref.getMap() == null || dbref.getMap().getTo() == null)
2528             {
2529               continue;
2530             }
2531             SequenceI mappedTo = dbref.getMap().getTo();
2532             SequenceI match = matcher.findIdMatch(mappedTo);
2533             if (match == null)
2534             {
2535               matcher.add(mappedTo);
2536               copy.addSequence(mappedTo);
2537             }
2538           }
2539         }
2540       }
2541     }
2542     return copy;
2543   }
2544
2545   /**
2546    * Try to align sequences in 'unaligned' to match the alignment of their
2547    * mapped regions in 'aligned'. For example, could use this to align CDS
2548    * sequences which are mapped to their parent cDNA sequences.
2549    * 
2550    * This method handles 1:1 mappings (dna-to-dna or protein-to-protein). For
2551    * dna-to-protein or protein-to-dna use alternative methods.
2552    * 
2553    * @param unaligned
2554    *          sequences to be aligned
2555    * @param aligned
2556    *          holds aligned sequences and their mappings
2557    * @return
2558    */
2559   public static int alignAs(AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned)
2560   {
2561     /*
2562      * easy case - aligning a copy of aligned sequences
2563      */
2564     if (alignAsSameSequences(unaligned, aligned))
2565     {
2566       return unaligned.getHeight();
2567     }
2568
2569     /*
2570      * fancy case - aligning via mappings between sequences
2571      */
2572     List<SequenceI> unmapped = new ArrayList<SequenceI>();
2573     Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> columnMap = buildMappedColumnsMap(
2574             unaligned, aligned, unmapped);
2575     int width = columnMap.size();
2576     char gap = unaligned.getGapCharacter();
2577     int realignedCount = 0;
2578     // TODO: verify this loop scales sensibly for very wide/high alignments
2579
2580     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2581     {
2582       if (!unmapped.contains(seq))
2583       {
2584         char[] newSeq = new char[width];
2585         Arrays.fill(newSeq, gap); // JBPComment - doubt this is faster than the
2586                                   // Integer iteration below
2587         int newCol = 0;
2588         int lastCol = 0;
2589
2590         /*
2591          * traverse the map to find columns populated
2592          * by our sequence
2593          */
2594         for (Integer column : columnMap.keySet())
2595         {
2596           Character c = columnMap.get(column).get(seq);
2597           if (c != null)
2598           {
2599             /*
2600              * sequence has a character at this position
2601              * 
2602              */
2603             newSeq[newCol] = c;
2604             lastCol = newCol;
2605           }
2606           newCol++;
2607         }
2608         
2609         /*
2610          * trim trailing gaps
2611          */
2612         if (lastCol < width)
2613         {
2614           char[] tmp = new char[lastCol + 1];
2615           System.arraycopy(newSeq, 0, tmp, 0, lastCol + 1);
2616           newSeq = tmp;
2617         }
2618         // TODO: optimise SequenceI to avoid char[]->String->char[]
2619         seq.setSequence(String.valueOf(newSeq));
2620         realignedCount++;
2621       }
2622     }
2623     return realignedCount;
2624   }
2625
2626   /**
2627    * If unaligned and aligned sequences share the same dataset sequences, then
2628    * simply copies the aligned sequences to the unaligned sequences and returns
2629    * true; else returns false
2630    * 
2631    * @param unaligned
2632    *          - sequences to be aligned based on aligned
2633    * @param aligned
2634    *          - 'guide' alignment containing sequences derived from same dataset
2635    *          as unaligned
2636    * @return
2637    */
2638   static boolean alignAsSameSequences(AlignmentI unaligned,
2639           AlignmentI aligned)
2640   {
2641     if (aligned.getDataset() == null || unaligned.getDataset() == null)
2642     {
2643       return false; // should only pass alignments with datasets here
2644     }
2645
2646     // map from dataset sequence to alignment sequence(s)
2647     Map<SequenceI, List<SequenceI>> alignedDatasets = new HashMap<SequenceI, List<SequenceI>>();
2648     for (SequenceI seq : aligned.getSequences())
2649     {
2650       SequenceI ds = seq.getDatasetSequence();
2651       if (alignedDatasets.get(ds) == null)
2652       {
2653         alignedDatasets.put(ds, new ArrayList<SequenceI>());
2654       }
2655       alignedDatasets.get(ds).add(seq);
2656     }
2657
2658     /*
2659      * first pass - check whether all sequences to be aligned share a dataset
2660      * sequence with an aligned sequence
2661      */
2662     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2663     {
2664       if (!alignedDatasets.containsKey(seq.getDatasetSequence()))
2665       {
2666         return false;
2667       }
2668     }
2669
2670     /*
2671      * second pass - copy aligned sequences;
2672      * heuristic rule: pair off sequences in order for the case where 
2673      * more than one shares the same dataset sequence 
2674      */
2675     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2676     {
2677       List<SequenceI> alignedSequences = alignedDatasets.get(seq
2678               .getDatasetSequence());
2679       // TODO: getSequenceAsString() will be deprecated in the future
2680       // TODO: need to leave to SequenceI implementor to update gaps
2681       seq.setSequence(alignedSequences.get(0).getSequenceAsString());
2682       if (alignedSequences.size() > 0)
2683       {
2684         // pop off aligned sequences (except the last one)
2685         alignedSequences.remove(0);
2686       }
2687     }
2688
2689     return true;
2690   }
2691
2692   /**
2693    * Returns a map whose key is alignment column number (base 1), and whose
2694    * values are a map of sequence characters in that column.
2695    * 
2696    * @param unaligned
2697    * @param aligned
2698    * @param unmapped
2699    * @return
2700    */
2701   static Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> buildMappedColumnsMap(
2702           AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned, List<SequenceI> unmapped)
2703   {
2704     /*
2705      * Map will hold, for each aligned column position, a map of
2706      * {unalignedSequence, characterPerSequence} at that position.
2707      * TreeMap keeps the entries in ascending column order. 
2708      */
2709     Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> map = new TreeMap<Integer, Map<SequenceI, Character>>();
2710
2711     /*
2712      * record any sequences that have no mapping so can't be realigned
2713      */
2714     unmapped.addAll(unaligned.getSequences());
2715
2716     List<AlignedCodonFrame> mappings = aligned.getCodonFrames();
2717
2718     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2719     {
2720       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
2721       {
2722         SequenceI fromSeq = mapping.findAlignedSequence(seq, aligned);
2723         if (fromSeq != null)
2724         {
2725           Mapping seqMap = mapping.getMappingBetween(fromSeq, seq);
2726           if (addMappedPositions(seq, fromSeq, seqMap, map))
2727           {
2728             unmapped.remove(seq);
2729           }
2730         }
2731       }
2732     }
2733     return map;
2734   }
2735
2736   /**
2737    * Helper method that adds to a map the mapped column positions of a sequence. <br>
2738    * For example if aaTT-Tg-gAAA is mapped to TTTAAA then the map should record
2739    * that columns 3,4,6,10,11,12 map to characters T,T,T,A,A,A of the mapped to
2740    * sequence.
2741    * 
2742    * @param seq
2743    *          the sequence whose column positions we are recording
2744    * @param fromSeq
2745    *          a sequence that is mapped to the first sequence
2746    * @param seqMap
2747    *          the mapping from 'fromSeq' to 'seq'
2748    * @param map
2749    *          a map to add the column positions (in fromSeq) of the mapped
2750    *          positions of seq
2751    * @return
2752    */
2753   static boolean addMappedPositions(SequenceI seq, SequenceI fromSeq,
2754           Mapping seqMap, Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> map)
2755   {
2756     if (seqMap == null)
2757     {
2758       return false;
2759     }
2760
2761     /*
2762      * invert mapping if it is from unaligned to aligned sequence
2763      */
2764     if (seqMap.getTo() == fromSeq.getDatasetSequence())
2765     {
2766       seqMap = new Mapping(seq.getDatasetSequence(), seqMap.getMap()
2767               .getInverse());
2768     }
2769
2770     char[] fromChars = fromSeq.getSequence();
2771     int toStart = seq.getStart();
2772     char[] toChars = seq.getSequence();
2773
2774     /*
2775      * traverse [start, end, start, end...] ranges in fromSeq
2776      */
2777     for (int[] fromRange : seqMap.getMap().getFromRanges())
2778     {
2779       for (int i = 0; i < fromRange.length - 1; i += 2)
2780       {
2781         boolean forward = fromRange[i + 1] >= fromRange[i];
2782
2783         /*
2784          * find the range mapped to (sequence positions base 1)
2785          */
2786         int[] range = seqMap.locateMappedRange(fromRange[i],
2787                 fromRange[i + 1]);
2788         if (range == null)
2789         {
2790           System.err.println("Error in mapping " + seqMap + " from "
2791                   + fromSeq.getName());
2792           return false;
2793         }
2794         int fromCol = fromSeq.findIndex(fromRange[i]);
2795         int mappedCharPos = range[0];
2796
2797         /*
2798          * walk over the 'from' aligned sequence in forward or reverse
2799          * direction; when a non-gap is found, record the column position
2800          * of the next character of the mapped-to sequence; stop when all
2801          * the characters of the range have been counted
2802          */
2803         while (mappedCharPos <= range[1] && fromCol <= fromChars.length
2804                 && fromCol >= 0)
2805         {
2806           if (!Comparison.isGap(fromChars[fromCol - 1]))
2807           {
2808             /*
2809              * mapped from sequence has a character in this column
2810              * record the column position for the mapped to character
2811              */
2812             Map<SequenceI, Character> seqsMap = map.get(fromCol);
2813             if (seqsMap == null)
2814             {
2815               seqsMap = new HashMap<SequenceI, Character>();
2816               map.put(fromCol, seqsMap);
2817             }
2818             seqsMap.put(seq, toChars[mappedCharPos - toStart]);
2819             mappedCharPos++;
2820           }
2821           fromCol += (forward ? 1 : -1);
2822         }
2823       }
2824     }
2825     return true;
2826   }
2827
2828   // strictly temporary hack until proper criteria for aligning protein to cds
2829   // are in place; this is so Ensembl -> fetch xrefs Uniprot aligns the Uniprot
2830   public static boolean looksLikeEnsembl(AlignmentI alignment)
2831   {
2832     for (SequenceI seq : alignment.getSequences())
2833     {
2834       String name = seq.getName();
2835       if (!name.startsWith("ENSG") && !name.startsWith("ENST"))
2836       {
2837         return false;
2838       }
2839     }
2840     return true;
2841   }
2842 }