Merge branch 'develop' into merge/develop_bug/JAL-2154projectMappings
[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.datamodel.AlignedCodon;
26 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame;
27 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame.SequenceToSequenceMapping;
28 import jalview.datamodel.Alignment;
29 import jalview.datamodel.AlignmentAnnotation;
30 import jalview.datamodel.AlignmentI;
31 import jalview.datamodel.DBRefEntry;
32 import jalview.datamodel.IncompleteCodonException;
33 import jalview.datamodel.Mapping;
34 import jalview.datamodel.Sequence;
35 import jalview.datamodel.SequenceFeature;
36 import jalview.datamodel.SequenceGroup;
37 import jalview.datamodel.SequenceI;
38 import jalview.io.gff.SequenceOntologyFactory;
39 import jalview.io.gff.SequenceOntologyI;
40 import jalview.schemes.ResidueProperties;
41 import jalview.util.Comparison;
42 import jalview.util.DBRefUtils;
43 import jalview.util.MapList;
44 import jalview.util.MappingUtils;
45 import jalview.util.StringUtils;
46
47 import java.io.UnsupportedEncodingException;
48 import java.net.URLEncoder;
49 import java.util.ArrayList;
50 import java.util.Arrays;
51 import java.util.Collection;
52 import java.util.Collections;
53 import java.util.Comparator;
54 import java.util.HashMap;
55 import java.util.HashSet;
56 import java.util.Iterator;
57 import java.util.LinkedHashMap;
58 import java.util.List;
59 import java.util.Map;
60 import java.util.Map.Entry;
61 import java.util.NoSuchElementException;
62 import java.util.Set;
63 import java.util.TreeMap;
64
65 /**
66  * grab bag of useful alignment manipulation operations Expect these to be
67  * refactored elsewhere at some point.
68  * 
69  * @author jimp
70  * 
71  */
72 public class AlignmentUtils
73 {
74
75   private static final int CODON_LENGTH = 3;
76   private static final String SEQUENCE_VARIANT = "sequence_variant:";
77   private static final String ID = "ID";
78
79   /**
80    * A data model to hold the 'normal' base value at a position, and an optional
81    * sequence variant feature
82    */
83   static final class DnaVariant
84   {
85     final String base;
86
87     SequenceFeature variant;
88
89     DnaVariant(String nuc)
90     {
91       base = nuc;
92       variant = null;
93     }
94
95     DnaVariant(String nuc, SequenceFeature var)
96     {
97       base = nuc;
98       variant = var;
99     }
100
101     public String getSource()
102     {
103       return variant == null ? null : variant.getFeatureGroup();
104     }
105   }
106
107   /**
108    * given an existing alignment, create a new alignment including all, or up to
109    * flankSize additional symbols from each sequence's dataset sequence
110    * 
111    * @param core
112    * @param flankSize
113    * @return AlignmentI
114    */
115   public static AlignmentI expandContext(AlignmentI core, int flankSize)
116   {
117     List<SequenceI> sq = new ArrayList<SequenceI>();
118     int maxoffset = 0;
119     for (SequenceI s : core.getSequences())
120     {
121       SequenceI newSeq = s.deriveSequence();
122       final int newSeqStart = newSeq.getStart() - 1;
123       if (newSeqStart > maxoffset
124               && newSeq.getDatasetSequence().getStart() < s.getStart())
125       {
126         maxoffset = newSeqStart;
127       }
128       sq.add(newSeq);
129     }
130     if (flankSize > -1)
131     {
132       maxoffset = Math.min(maxoffset, flankSize);
133     }
134
135     /*
136      * now add offset left and right to create an expanded alignment
137      */
138     for (SequenceI s : sq)
139     {
140       SequenceI ds = s;
141       while (ds.getDatasetSequence() != null)
142       {
143         ds = ds.getDatasetSequence();
144       }
145       int s_end = s.findPosition(s.getStart() + s.getLength());
146       // find available flanking residues for sequence
147       int ustream_ds = s.getStart() - ds.getStart();
148       int dstream_ds = ds.getEnd() - s_end;
149
150       // build new flanked sequence
151
152       // compute gap padding to start of flanking sequence
153       int offset = maxoffset - ustream_ds;
154
155       // padding is gapChar x ( maxoffset - min(ustream_ds, flank)
156       if (flankSize >= 0)
157       {
158         if (flankSize < ustream_ds)
159         {
160           // take up to flankSize residues
161           offset = maxoffset - flankSize;
162           ustream_ds = flankSize;
163         }
164         if (flankSize <= dstream_ds)
165         {
166           dstream_ds = flankSize - 1;
167         }
168       }
169       // TODO use Character.toLowerCase to avoid creating String objects?
170       char[] upstream = new String(ds.getSequence(s.getStart() - 1
171               - ustream_ds, s.getStart() - 1)).toLowerCase().toCharArray();
172       char[] downstream = new String(ds.getSequence(s_end - 1, s_end
173               + dstream_ds)).toLowerCase().toCharArray();
174       char[] coreseq = s.getSequence();
175       char[] nseq = new char[offset + upstream.length + downstream.length
176               + coreseq.length];
177       char c = core.getGapCharacter();
178
179       int p = 0;
180       for (; p < offset; p++)
181       {
182         nseq[p] = c;
183       }
184
185       System.arraycopy(upstream, 0, nseq, p, upstream.length);
186       System.arraycopy(coreseq, 0, nseq, p + upstream.length,
187               coreseq.length);
188       System.arraycopy(downstream, 0, nseq, p + coreseq.length
189               + upstream.length, downstream.length);
190       s.setSequence(new String(nseq));
191       s.setStart(s.getStart() - ustream_ds);
192       s.setEnd(s_end + downstream.length);
193     }
194     AlignmentI newAl = new jalview.datamodel.Alignment(
195             sq.toArray(new SequenceI[0]));
196     for (SequenceI s : sq)
197     {
198       if (s.getAnnotation() != null)
199       {
200         for (AlignmentAnnotation aa : s.getAnnotation())
201         {
202           aa.adjustForAlignment(); // JAL-1712 fix
203           newAl.addAnnotation(aa);
204         }
205       }
206     }
207     newAl.setDataset(core.getDataset());
208     return newAl;
209   }
210
211   /**
212    * Returns the index (zero-based position) of a sequence in an alignment, or
213    * -1 if not found.
214    * 
215    * @param al
216    * @param seq
217    * @return
218    */
219   public static int getSequenceIndex(AlignmentI al, SequenceI seq)
220   {
221     int result = -1;
222     int pos = 0;
223     for (SequenceI alSeq : al.getSequences())
224     {
225       if (alSeq == seq)
226       {
227         result = pos;
228         break;
229       }
230       pos++;
231     }
232     return result;
233   }
234
235   /**
236    * Returns a map of lists of sequences in the alignment, keyed by sequence
237    * name. For use in mapping between different alignment views of the same
238    * sequences.
239    * 
240    * @see jalview.datamodel.AlignmentI#getSequencesByName()
241    */
242   public static Map<String, List<SequenceI>> getSequencesByName(
243           AlignmentI al)
244   {
245     Map<String, List<SequenceI>> theMap = new LinkedHashMap<String, List<SequenceI>>();
246     for (SequenceI seq : al.getSequences())
247     {
248       String name = seq.getName();
249       if (name != null)
250       {
251         List<SequenceI> seqs = theMap.get(name);
252         if (seqs == null)
253         {
254           seqs = new ArrayList<SequenceI>();
255           theMap.put(name, seqs);
256         }
257         seqs.add(seq);
258       }
259     }
260     return theMap;
261   }
262
263   /**
264    * Build mapping of protein to cDNA alignment. Mappings are made between
265    * sequences where the cDNA translates to the protein sequence. Any new
266    * mappings are added to the protein alignment. Returns true if any mappings
267    * either already exist or were added, else false.
268    * 
269    * @param proteinAlignment
270    * @param cdnaAlignment
271    * @return
272    */
273   public static boolean mapProteinAlignmentToCdna(
274           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment)
275   {
276     if (proteinAlignment == null || cdnaAlignment == null)
277     {
278       return false;
279     }
280
281     Set<SequenceI> mappedDna = new HashSet<SequenceI>();
282     Set<SequenceI> mappedProtein = new HashSet<SequenceI>();
283
284     /*
285      * First pass - map sequences where cross-references exist. This include
286      * 1-to-many mappings to support, for example, variant cDNA.
287      */
288     boolean mappingPerformed = mapProteinToCdna(proteinAlignment,
289             cdnaAlignment, mappedDna, mappedProtein, true);
290
291     /*
292      * Second pass - map sequences where no cross-references exist. This only
293      * does 1-to-1 mappings and assumes corresponding sequences are in the same
294      * order in the alignments.
295      */
296     mappingPerformed |= mapProteinToCdna(proteinAlignment, cdnaAlignment,
297             mappedDna, mappedProtein, false);
298     return mappingPerformed;
299   }
300
301   /**
302    * Make mappings between compatible sequences (where the cDNA translation
303    * matches the protein).
304    * 
305    * @param proteinAlignment
306    * @param cdnaAlignment
307    * @param mappedDna
308    *          a set of mapped DNA sequences (to add to)
309    * @param mappedProtein
310    *          a set of mapped Protein sequences (to add to)
311    * @param xrefsOnly
312    *          if true, only map sequences where xrefs exist
313    * @return
314    */
315   protected static boolean mapProteinToCdna(
316           final AlignmentI proteinAlignment,
317           final AlignmentI cdnaAlignment, Set<SequenceI> mappedDna,
318           Set<SequenceI> mappedProtein, boolean xrefsOnly)
319   {
320     boolean mappingExistsOrAdded = false;
321     List<SequenceI> thisSeqs = proteinAlignment.getSequences();
322     for (SequenceI aaSeq : thisSeqs)
323     {
324       boolean proteinMapped = false;
325       AlignedCodonFrame acf = new AlignedCodonFrame();
326
327       for (SequenceI cdnaSeq : cdnaAlignment.getSequences())
328       {
329         /*
330          * Always try to map if sequences have xref to each other; this supports
331          * variant cDNA or alternative splicing for a protein sequence.
332          * 
333          * If no xrefs, try to map progressively, assuming that alignments have
334          * mappable sequences in corresponding order. These are not
335          * many-to-many, as that would risk mixing species with similar cDNA
336          * sequences.
337          */
338         if (xrefsOnly && !AlignmentUtils.haveCrossRef(aaSeq, cdnaSeq))
339         {
340           continue;
341         }
342
343         /*
344          * Don't map non-xrefd sequences more than once each. This heuristic
345          * allows us to pair up similar sequences in ordered alignments.
346          */
347         if (!xrefsOnly
348                 && (mappedProtein.contains(aaSeq) || mappedDna
349                         .contains(cdnaSeq)))
350         {
351           continue;
352         }
353         if (mappingExists(proteinAlignment.getCodonFrames(),
354                 aaSeq.getDatasetSequence(), cdnaSeq.getDatasetSequence()))
355         {
356           mappingExistsOrAdded = true;
357         }
358         else
359         {
360           MapList map = mapCdnaToProtein(aaSeq, cdnaSeq);
361           if (map != null)
362           {
363             acf.addMap(cdnaSeq, aaSeq, map);
364             mappingExistsOrAdded = true;
365             proteinMapped = true;
366             mappedDna.add(cdnaSeq);
367             mappedProtein.add(aaSeq);
368           }
369         }
370       }
371       if (proteinMapped)
372       {
373         proteinAlignment.addCodonFrame(acf);
374       }
375     }
376     return mappingExistsOrAdded;
377   }
378
379   /**
380    * Answers true if the mappings include one between the given (dataset)
381    * sequences.
382    */
383   public static boolean mappingExists(List<AlignedCodonFrame> mappings,
384           SequenceI aaSeq, SequenceI cdnaSeq)
385   {
386     if (mappings != null)
387     {
388       for (AlignedCodonFrame acf : mappings)
389       {
390         if (cdnaSeq == acf.getDnaForAaSeq(aaSeq))
391         {
392           return true;
393         }
394       }
395     }
396     return false;
397   }
398
399   /**
400    * Builds a mapping (if possible) of a cDNA to a protein sequence.
401    * <ul>
402    * <li>first checks if the cdna translates exactly to the protein sequence</li>
403    * <li>else checks for translation after removing a STOP codon</li>
404    * <li>else checks for translation after removing a START codon</li>
405    * <li>if that fails, inspect CDS features on the cDNA sequence</li>
406    * </ul>
407    * Returns null if no mapping is determined.
408    * 
409    * @param proteinSeq
410    *          the aligned protein sequence
411    * @param cdnaSeq
412    *          the aligned cdna sequence
413    * @return
414    */
415   public static MapList mapCdnaToProtein(SequenceI proteinSeq,
416           SequenceI cdnaSeq)
417   {
418     /*
419      * Here we handle either dataset sequence set (desktop) or absent (applet).
420      * Use only the char[] form of the sequence to avoid creating possibly large
421      * String objects.
422      */
423     final SequenceI proteinDataset = proteinSeq.getDatasetSequence();
424     char[] aaSeqChars = proteinDataset != null ? proteinDataset
425             .getSequence() : proteinSeq.getSequence();
426     final SequenceI cdnaDataset = cdnaSeq.getDatasetSequence();
427     char[] cdnaSeqChars = cdnaDataset != null ? cdnaDataset.getSequence()
428             : cdnaSeq.getSequence();
429     if (aaSeqChars == null || cdnaSeqChars == null)
430     {
431       return null;
432     }
433
434     /*
435      * cdnaStart/End, proteinStartEnd are base 1 (for dataset sequence mapping)
436      */
437     final int mappedLength = CODON_LENGTH * aaSeqChars.length;
438     int cdnaLength = cdnaSeqChars.length;
439     int cdnaStart = cdnaSeq.getStart();
440     int cdnaEnd = cdnaSeq.getEnd();
441     final int proteinStart = proteinSeq.getStart();
442     final int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
443
444     /*
445      * If lengths don't match, try ignoring stop codon (if present)
446      */
447     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2)
448     {
449       String lastCodon = String.valueOf(cdnaSeqChars, cdnaLength - CODON_LENGTH, CODON_LENGTH)
450               .toUpperCase();
451       for (String stop : ResidueProperties.STOP)
452       {
453         if (lastCodon.equals(stop))
454         {
455           cdnaEnd -= CODON_LENGTH;
456           cdnaLength -= CODON_LENGTH;
457           break;
458         }
459       }
460     }
461
462     /*
463      * If lengths still don't match, try ignoring start codon.
464      */
465     int startOffset = 0;
466     if (cdnaLength != mappedLength
467             && cdnaLength > 2
468             && String.valueOf(cdnaSeqChars, 0, CODON_LENGTH).toUpperCase()
469                     .equals(ResidueProperties.START))
470     {
471       startOffset += CODON_LENGTH;
472       cdnaStart += CODON_LENGTH;
473       cdnaLength -= CODON_LENGTH;
474     }
475
476     if (translatesAs(cdnaSeqChars, startOffset, aaSeqChars))
477     {
478       /*
479        * protein is translation of dna (+/- start/stop codons)
480        */
481       MapList map = new MapList(new int[] { cdnaStart, cdnaEnd }, new int[]
482       { proteinStart, proteinEnd }, CODON_LENGTH, 1);
483       return map;
484     }
485
486     /*
487      * translation failed - try mapping CDS annotated regions of dna
488      */
489     return mapCdsToProtein(cdnaSeq, proteinSeq);
490   }
491
492   /**
493    * Test whether the given cdna sequence, starting at the given offset,
494    * translates to the given amino acid sequence, using the standard translation
495    * table. Designed to fail fast i.e. as soon as a mismatch position is found.
496    * 
497    * @param cdnaSeqChars
498    * @param cdnaStart
499    * @param aaSeqChars
500    * @return
501    */
502   protected static boolean translatesAs(char[] cdnaSeqChars, int cdnaStart,
503           char[] aaSeqChars)
504   {
505     if (cdnaSeqChars == null || aaSeqChars == null)
506     {
507       return false;
508     }
509
510     int aaPos = 0;
511     int dnaPos = cdnaStart;
512     for (; dnaPos < cdnaSeqChars.length - 2
513             && aaPos < aaSeqChars.length; dnaPos += CODON_LENGTH, aaPos++)
514     {
515       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
516       final String translated = ResidueProperties.codonTranslate(codon);
517
518       /*
519        * allow * in protein to match untranslatable in dna
520        */
521       final char aaRes = aaSeqChars[aaPos];
522       if ((translated == null || "STOP".equals(translated)) && aaRes == '*')
523       {
524         continue;
525       }
526       if (translated == null || !(aaRes == translated.charAt(0)))
527       {
528         // debug
529         // System.out.println(("Mismatch at " + i + "/" + aaResidue + ": "
530         // + codon + "(" + translated + ") != " + aaRes));
531         return false;
532       }
533     }
534
535     /*
536      * check we matched all of the protein sequence
537      */
538     if (aaPos != aaSeqChars.length)
539     {
540       return false;
541     }
542
543     /*
544      * check we matched all of the dna except
545      * for optional trailing STOP codon
546      */
547     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length)
548     {
549       return true;
550     }
551     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length - CODON_LENGTH)
552     {
553       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
554       if ("STOP".equals(ResidueProperties.codonTranslate(codon)))
555       {
556         return true;
557       }
558     }
559     return false;
560   }
561
562   /**
563    * Align sequence 'seq' to match the alignment of a mapped sequence. Note this
564    * currently assumes that we are aligning cDNA to match protein.
565    * 
566    * @param seq
567    *          the sequence to be realigned
568    * @param al
569    *          the alignment whose sequence alignment is to be 'copied'
570    * @param gap
571    *          character string represent a gap in the realigned sequence
572    * @param preserveUnmappedGaps
573    * @param preserveMappedGaps
574    * @return true if the sequence was realigned, false if it could not be
575    */
576   public static boolean alignSequenceAs(SequenceI seq, AlignmentI al,
577           String gap, boolean preserveMappedGaps,
578           boolean preserveUnmappedGaps)
579   {
580     /*
581      * Get any mappings from the source alignment to the target (dataset)
582      * sequence.
583      */
584     // TODO there may be one AlignedCodonFrame per dataset sequence, or one with
585     // all mappings. Would it help to constrain this?
586     List<AlignedCodonFrame> mappings = al.getCodonFrame(seq);
587     if (mappings == null || mappings.isEmpty())
588     {
589       return false;
590     }
591
592     /*
593      * Locate the aligned source sequence whose dataset sequence is mapped. We
594      * just take the first match here (as we can't align like more than one
595      * sequence).
596      */
597     SequenceI alignFrom = null;
598     AlignedCodonFrame mapping = null;
599     for (AlignedCodonFrame mp : mappings)
600     {
601       alignFrom = mp.findAlignedSequence(seq, al);
602       if (alignFrom != null)
603       {
604         mapping = mp;
605         break;
606       }
607     }
608
609     if (alignFrom == null)
610     {
611       return false;
612     }
613     alignSequenceAs(seq, alignFrom, mapping, gap, al.getGapCharacter(),
614             preserveMappedGaps, preserveUnmappedGaps);
615     return true;
616   }
617
618   /**
619    * Align sequence 'alignTo' the same way as 'alignFrom', using the mapping to
620    * match residues and codons. Flags control whether existing gaps in unmapped
621    * (intron) and mapped (exon) regions are preserved or not. Gaps between
622    * intron and exon are only retained if both flags are set.
623    * 
624    * @param alignTo
625    * @param alignFrom
626    * @param mapping
627    * @param myGap
628    * @param sourceGap
629    * @param preserveUnmappedGaps
630    * @param preserveMappedGaps
631    */
632   public static void alignSequenceAs(SequenceI alignTo,
633           SequenceI alignFrom, AlignedCodonFrame mapping, String myGap,
634           char sourceGap, boolean preserveMappedGaps,
635           boolean preserveUnmappedGaps)
636   {
637     // TODO generalise to work for Protein-Protein, dna-dna, dna-protein
638
639     // aligned and dataset sequence positions, all base zero
640     int thisSeqPos = 0;
641     int sourceDsPos = 0;
642
643     int basesWritten = 0;
644     char myGapChar = myGap.charAt(0);
645     int ratio = myGap.length();
646
647     int fromOffset = alignFrom.getStart() - 1;
648     int toOffset = alignTo.getStart() - 1;
649     int sourceGapMappedLength = 0;
650     boolean inExon = false;
651     final char[] thisSeq = alignTo.getSequence();
652     final char[] thatAligned = alignFrom.getSequence();
653     StringBuilder thisAligned = new StringBuilder(2 * thisSeq.length);
654
655     /*
656      * Traverse the 'model' aligned sequence
657      */
658     for (char sourceChar : thatAligned)
659     {
660       if (sourceChar == sourceGap)
661       {
662         sourceGapMappedLength += ratio;
663         continue;
664       }
665
666       /*
667        * Found a non-gap character. Locate its mapped region if any.
668        */
669       sourceDsPos++;
670       // Note mapping positions are base 1, our sequence positions base 0
671       int[] mappedPos = mapping.getMappedRegion(alignTo, alignFrom,
672               sourceDsPos + fromOffset);
673       if (mappedPos == null)
674       {
675         /*
676          * unmapped position; treat like a gap
677          */
678         sourceGapMappedLength += ratio;
679         // System.err.println("Can't align: no codon mapping to residue "
680         // + sourceDsPos + "(" + sourceChar + ")");
681         // return;
682         continue;
683       }
684
685       int mappedCodonStart = mappedPos[0]; // position (1...) of codon start
686       int mappedCodonEnd = mappedPos[mappedPos.length - 1]; // codon end pos
687       StringBuilder trailingCopiedGap = new StringBuilder();
688
689       /*
690        * Copy dna sequence up to and including this codon. Optionally, include
691        * gaps before the codon starts (in introns) and/or after the codon starts
692        * (in exons).
693        * 
694        * Note this only works for 'linear' splicing, not reverse or interleaved.
695        * But then 'align dna as protein' doesn't make much sense otherwise.
696        */
697       int intronLength = 0;
698       while (basesWritten + toOffset < mappedCodonEnd
699               && thisSeqPos < thisSeq.length)
700       {
701         final char c = thisSeq[thisSeqPos++];
702         if (c != myGapChar)
703         {
704           basesWritten++;
705           int sourcePosition = basesWritten + toOffset;
706           if (sourcePosition < mappedCodonStart)
707           {
708             /*
709              * Found an unmapped (intron) base. First add in any preceding gaps
710              * (if wanted).
711              */
712             if (preserveUnmappedGaps && trailingCopiedGap.length() > 0)
713             {
714               thisAligned.append(trailingCopiedGap.toString());
715               intronLength += trailingCopiedGap.length();
716               trailingCopiedGap = new StringBuilder();
717             }
718             intronLength++;
719             inExon = false;
720           }
721           else
722           {
723             final boolean startOfCodon = sourcePosition == mappedCodonStart;
724             int gapsToAdd = calculateGapsToInsert(preserveMappedGaps,
725                     preserveUnmappedGaps, sourceGapMappedLength, inExon,
726                     trailingCopiedGap.length(), intronLength, startOfCodon);
727             for (int i = 0; i < gapsToAdd; i++)
728             {
729               thisAligned.append(myGapChar);
730             }
731             sourceGapMappedLength = 0;
732             inExon = true;
733           }
734           thisAligned.append(c);
735           trailingCopiedGap = new StringBuilder();
736         }
737         else
738         {
739           if (inExon && preserveMappedGaps)
740           {
741             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
742           }
743           else if (!inExon && preserveUnmappedGaps)
744           {
745             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
746           }
747         }
748       }
749     }
750
751     /*
752      * At end of model aligned sequence. Copy any remaining target sequence, optionally
753      * including (intron) gaps.
754      */
755     while (thisSeqPos < thisSeq.length)
756     {
757       final char c = thisSeq[thisSeqPos++];
758       if (c != myGapChar || preserveUnmappedGaps)
759       {
760         thisAligned.append(c);
761       }
762       sourceGapMappedLength--;
763     }
764
765     /*
766      * finally add gaps to pad for any trailing source gaps or
767      * unmapped characters
768      */
769     if (preserveUnmappedGaps)
770     {
771       while (sourceGapMappedLength > 0)
772       {
773         thisAligned.append(myGapChar);
774         sourceGapMappedLength--;
775       }
776     }
777
778     /*
779      * All done aligning, set the aligned sequence.
780      */
781     alignTo.setSequence(new String(thisAligned));
782   }
783
784   /**
785    * Helper method to work out how many gaps to insert when realigning.
786    * 
787    * @param preserveMappedGaps
788    * @param preserveUnmappedGaps
789    * @param sourceGapMappedLength
790    * @param inExon
791    * @param trailingCopiedGap
792    * @param intronLength
793    * @param startOfCodon
794    * @return
795    */
796   protected static int calculateGapsToInsert(boolean preserveMappedGaps,
797           boolean preserveUnmappedGaps, int sourceGapMappedLength,
798           boolean inExon, int trailingGapLength, int intronLength,
799           final boolean startOfCodon)
800   {
801     int gapsToAdd = 0;
802     if (startOfCodon)
803     {
804       /*
805        * Reached start of codon. Ignore trailing gaps in intron unless we are
806        * preserving gaps in both exon and intron. Ignore them anyway if the
807        * protein alignment introduces a gap at least as large as the intronic
808        * region.
809        */
810       if (inExon && !preserveMappedGaps)
811       {
812         trailingGapLength = 0;
813       }
814       if (!inExon && !(preserveMappedGaps && preserveUnmappedGaps))
815       {
816         trailingGapLength = 0;
817       }
818       if (inExon)
819       {
820         gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
821       }
822       else
823       {
824         if (intronLength + trailingGapLength <= sourceGapMappedLength)
825         {
826           gapsToAdd = sourceGapMappedLength - intronLength;
827         }
828         else
829         {
830           gapsToAdd = Math.min(intronLength + trailingGapLength
831                   - sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
832         }
833       }
834     }
835     else
836     {
837       /*
838        * second or third base of codon; check for any gaps in dna
839        */
840       if (!preserveMappedGaps)
841       {
842         trailingGapLength = 0;
843       }
844       gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
845     }
846     return gapsToAdd;
847   }
848
849   /**
850    * Realigns the given protein to match the alignment of the dna, using codon
851    * mappings to translate aligned codon positions to protein residues.
852    * 
853    * @param protein
854    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
855    * @param dna
856    *          the dna alignment whose alignment we are 'copying'
857    * @return the number of sequences that were realigned
858    */
859   public static int alignProteinAsDna(AlignmentI protein, AlignmentI dna)
860   {
861     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
862     {
863       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
864       return 0;
865     }
866     List<SequenceI> unmappedProtein = new ArrayList<SequenceI>();
867     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = buildCodonColumnsMap(
868             protein, dna, unmappedProtein);
869     return alignProteinAs(protein, alignedCodons, unmappedProtein);
870   }
871
872   /**
873    * Realigns the given dna to match the alignment of the protein, using codon
874    * mappings to translate aligned peptide positions to codons.
875    * 
876    * Always produces a padded CDS alignment.
877    * 
878    * @param dna
879    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
880    * @param protein
881    *          the protein alignment whose alignment we are 'copying'
882    * @return the number of sequences that were realigned
883    */
884   public static int alignCdsAsProtein(AlignmentI dna, AlignmentI protein)
885   {
886     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
887     {
888       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
889       return 0;
890     }
891     // todo: implement this
892     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
893     int alignedCount = 0;
894     int width = 0; // alignment width for padding CDS
895     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
896     {
897       if (alignCdsSequenceAsProtein(dnaSeq, protein, mappings,
898               dna.getGapCharacter()))
899       {
900         alignedCount++;
901       }
902       width = Math.max(dnaSeq.getLength(), width);
903     }
904     int oldwidth;
905     int diff;
906     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
907     {
908       oldwidth = dnaSeq.getLength();
909       diff = width - oldwidth;
910       if (diff > 0)
911       {
912         dnaSeq.insertCharAt(oldwidth, diff, dna.getGapCharacter());
913       }
914     }
915     return alignedCount;
916   }
917
918   /**
919    * Helper method to align (if possible) the dna sequence to match the
920    * alignment of a mapped protein sequence. This is currently limited to
921    * handling coding sequence only.
922    * 
923    * @param cdsSeq
924    * @param protein
925    * @param mappings
926    * @param gapChar
927    * @return
928    */
929   static boolean alignCdsSequenceAsProtein(SequenceI cdsSeq,
930           AlignmentI protein, List<AlignedCodonFrame> mappings, char gapChar)
931   {
932     SequenceI cdsDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
933     if (cdsDss == null)
934     {
935       System.err
936               .println("alignCdsSequenceAsProtein needs aligned sequence!");
937       return false;
938     }
939     
940     List<AlignedCodonFrame> dnaMappings = MappingUtils
941             .findMappingsForSequence(cdsSeq, mappings);
942     for (AlignedCodonFrame mapping : dnaMappings)
943     {
944       SequenceI peptide = mapping.findAlignedSequence(cdsSeq, protein);
945       if (peptide != null)
946       {
947         int peptideLength = peptide.getLength();
948         Mapping map = mapping.getMappingBetween(cdsSeq, peptide);
949         if (map != null)
950         {
951           MapList mapList = map.getMap();
952           if (map.getTo() == peptide.getDatasetSequence())
953           {
954             mapList = mapList.getInverse();
955           }
956           int cdsLength = cdsDss.getLength();
957           int mappedFromLength = MappingUtils.getLength(mapList
958                   .getFromRanges());
959           int mappedToLength = MappingUtils
960                   .getLength(mapList.getToRanges());
961           boolean addStopCodon = (cdsLength == mappedFromLength * CODON_LENGTH + CODON_LENGTH)
962                   || (peptide.getDatasetSequence().getLength() == mappedFromLength - 1);
963           if (cdsLength != mappedToLength && !addStopCodon)
964           {
965             System.err
966                     .println(String
967                             .format("Can't align cds as protein (length mismatch %d/%d): %s",
968                                     cdsLength, mappedToLength,
969                                     cdsSeq.getName()));
970           }
971
972           /*
973            * pre-fill the aligned cds sequence with gaps
974            */
975           char[] alignedCds = new char[peptideLength * CODON_LENGTH
976                   + (addStopCodon ? CODON_LENGTH : 0)];
977           Arrays.fill(alignedCds, gapChar);
978
979           /*
980            * walk over the aligned peptide sequence and insert mapped 
981            * codons for residues in the aligned cds sequence 
982            */
983           char[] alignedPeptide = peptide.getSequence();
984           char[] nucleotides = cdsDss.getSequence();
985           int copiedBases = 0;
986           int cdsStart = cdsDss.getStart();
987           int proteinPos = peptide.getStart() - 1;
988           int cdsCol = 0;
989           for (char residue : alignedPeptide)
990           {
991             if (Comparison.isGap(residue))
992             {
993               cdsCol += CODON_LENGTH;
994             }
995             else
996             {
997               proteinPos++;
998               int[] codon = mapList.locateInTo(proteinPos, proteinPos);
999               if (codon == null)
1000               {
1001                 // e.g. incomplete start codon, X in peptide
1002                 cdsCol += CODON_LENGTH;
1003               }
1004               else
1005               {
1006                 for (int j = codon[0]; j <= codon[1]; j++)
1007                 {
1008                   char mappedBase = nucleotides[j - cdsStart];
1009                   alignedCds[cdsCol++] = mappedBase;
1010                   copiedBases++;
1011                 }
1012               }
1013             }
1014           }
1015
1016           /*
1017            * append stop codon if not mapped from protein,
1018            * closing it up to the end of the mapped sequence
1019            */
1020           if (copiedBases == nucleotides.length - CODON_LENGTH)
1021           {
1022             for (int i = alignedCds.length - 1; i >= 0; i--)
1023             {
1024               if (!Comparison.isGap(alignedCds[i]))
1025               {
1026                 cdsCol = i + 1; // gap just after end of sequence
1027                 break;
1028               }
1029             }
1030             for (int i = nucleotides.length - CODON_LENGTH; i < nucleotides.length; i++)
1031             {
1032               alignedCds[cdsCol++] = nucleotides[i];
1033             }
1034           }
1035           cdsSeq.setSequence(new String(alignedCds));
1036           return true;
1037         }
1038       }
1039     }
1040     return false;
1041   }
1042
1043   /**
1044    * Builds a map whose key is an aligned codon position (3 alignment column
1045    * numbers base 0), and whose value is a map from protein sequence to each
1046    * protein's peptide residue for that codon. The map generates an ordering of
1047    * the codons, and allows us to read off the peptides at each position in
1048    * order to assemble 'aligned' protein sequences.
1049    * 
1050    * @param protein
1051    *          the protein alignment
1052    * @param dna
1053    *          the coding dna alignment
1054    * @param unmappedProtein
1055    *          any unmapped proteins are added to this list
1056    * @return
1057    */
1058   protected static Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> buildCodonColumnsMap(
1059           AlignmentI protein, AlignmentI dna,
1060           List<SequenceI> unmappedProtein)
1061   {
1062     /*
1063      * maintain a list of any proteins with no mappings - these will be
1064      * rendered 'as is' in the protein alignment as we can't align them
1065      */
1066     unmappedProtein.addAll(protein.getSequences());
1067
1068     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1069
1070     /*
1071      * Map will hold, for each aligned codon position e.g. [3, 5, 6], a map of
1072      * {dnaSequence, {proteinSequence, codonProduct}} at that position. The
1073      * comparator keeps the codon positions ordered.
1074      */
1075     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = new TreeMap<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>>(
1076             new CodonComparator());
1077
1078     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1079     {
1080       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1081       {
1082         SequenceI prot = mapping.findAlignedSequence(dnaSeq, protein);
1083         if (prot != null)
1084         {
1085           Mapping seqMap = mapping.getMappingForSequence(dnaSeq);
1086           addCodonPositions(dnaSeq, prot, protein.getGapCharacter(),
1087                   seqMap, alignedCodons);
1088           unmappedProtein.remove(prot);
1089         }
1090       }
1091     }
1092
1093     /*
1094      * Finally add any unmapped peptide start residues (e.g. for incomplete
1095      * codons) as if at the codon position before the second residue
1096      */
1097     // TODO resolve JAL-2022 so this fudge can be removed
1098     int mappedSequenceCount = protein.getHeight() - unmappedProtein.size();
1099     addUnmappedPeptideStarts(alignedCodons, mappedSequenceCount);
1100     
1101     return alignedCodons;
1102   }
1103
1104   /**
1105    * Scans for any protein mapped from position 2 (meaning unmapped start
1106    * position e.g. an incomplete codon), and synthesizes a 'codon' for it at the
1107    * preceding position in the alignment
1108    * 
1109    * @param alignedCodons
1110    *          the codon-to-peptide map
1111    * @param mappedSequenceCount
1112    *          the number of distinct sequences in the map
1113    */
1114   protected static void addUnmappedPeptideStarts(
1115           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1116           int mappedSequenceCount)
1117   {
1118     // TODO delete this ugly hack once JAL-2022 is resolved
1119     // i.e. we can model startPhase > 0 (incomplete start codon)
1120
1121     List<SequenceI> sequencesChecked = new ArrayList<SequenceI>();
1122     AlignedCodon lastCodon = null;
1123     Map<SequenceI, AlignedCodon> toAdd = new HashMap<SequenceI, AlignedCodon>();
1124
1125     for (Entry<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> entry : alignedCodons
1126             .entrySet())
1127     {
1128       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> sequenceCodon : entry.getValue()
1129               .entrySet())
1130       {
1131         SequenceI seq = sequenceCodon.getKey();
1132         if (sequencesChecked.contains(seq))
1133         {
1134           continue;
1135         }
1136         sequencesChecked.add(seq);
1137         AlignedCodon codon = sequenceCodon.getValue();
1138         if (codon.peptideCol > 1)
1139         {
1140           System.err
1141                   .println("Problem mapping protein with >1 unmapped start positions: "
1142                           + seq.getName());
1143         }
1144         else if (codon.peptideCol == 1)
1145         {
1146           /*
1147            * first position (peptideCol == 0) was unmapped - add it
1148            */
1149           if (lastCodon != null)
1150           {
1151             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(lastCodon.pos1,
1152                     lastCodon.pos2, lastCodon.pos3, String.valueOf(seq
1153                             .getCharAt(0)), 0);
1154             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1155           }
1156           else
1157           {
1158             /*
1159              * unmapped residue at start of alignment (no prior column) -
1160              * 'insert' at nominal codon [0, 0, 0]
1161              */
1162             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(0, 0, 0,
1163                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1164             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1165           }
1166         }
1167         if (sequencesChecked.size() == mappedSequenceCount)
1168         {
1169           // no need to check past first mapped position in all sequences
1170           break;
1171         }
1172       }
1173       lastCodon = entry.getKey();
1174     }
1175
1176     /*
1177      * add any new codons safely after iterating over the map
1178      */
1179     for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> startCodon : toAdd.entrySet())
1180     {
1181       addCodonToMap(alignedCodons, startCodon.getValue(),
1182               startCodon.getKey());
1183     }
1184   }
1185
1186   /**
1187    * Update the aligned protein sequences to match the codon alignments given in
1188    * the map.
1189    * 
1190    * @param protein
1191    * @param alignedCodons
1192    *          an ordered map of codon positions (columns), with sequence/peptide
1193    *          values present in each column
1194    * @param unmappedProtein
1195    * @return
1196    */
1197   protected static int alignProteinAs(AlignmentI protein,
1198           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1199           List<SequenceI> unmappedProtein)
1200   {
1201     /*
1202      * Prefill aligned sequences with gaps before inserting aligned protein
1203      * residues.
1204      */
1205     int alignedWidth = alignedCodons.size();
1206     char[] gaps = new char[alignedWidth];
1207     Arrays.fill(gaps, protein.getGapCharacter());
1208     String allGaps = String.valueOf(gaps);
1209     for (SequenceI seq : protein.getSequences())
1210     {
1211       if (!unmappedProtein.contains(seq))
1212       {
1213         seq.setSequence(allGaps);
1214       }
1215     }
1216
1217     int column = 0;
1218     for (AlignedCodon codon : alignedCodons.keySet())
1219     {
1220       final Map<SequenceI, AlignedCodon> columnResidues = alignedCodons
1221               .get(codon);
1222       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> entry : columnResidues.entrySet())
1223       {
1224         // place translated codon at its column position in sequence
1225         entry.getKey().getSequence()[column] = entry.getValue().product
1226                 .charAt(0);
1227       }
1228       column++;
1229     }
1230     return 0;
1231   }
1232
1233   /**
1234    * Populate the map of aligned codons by traversing the given sequence
1235    * mapping, locating the aligned positions of mapped codons, and adding those
1236    * positions and their translation products to the map.
1237    * 
1238    * @param dna
1239    *          the aligned sequence we are mapping from
1240    * @param protein
1241    *          the sequence to be aligned to the codons
1242    * @param gapChar
1243    *          the gap character in the dna sequence
1244    * @param seqMap
1245    *          a mapping to a sequence translation
1246    * @param alignedCodons
1247    *          the map we are building up
1248    */
1249   static void addCodonPositions(SequenceI dna, SequenceI protein,
1250           char gapChar, Mapping seqMap,
1251           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons)
1252   {
1253     Iterator<AlignedCodon> codons = seqMap.getCodonIterator(dna, gapChar);
1254
1255     /*
1256      * add codon positions, and their peptide translations, to the alignment
1257      * map, while remembering the first codon mapped
1258      */
1259     while (codons.hasNext())
1260     {
1261       try
1262       {
1263         AlignedCodon codon = codons.next();
1264         addCodonToMap(alignedCodons, codon, protein);
1265       } catch (IncompleteCodonException e)
1266       {
1267         // possible incomplete trailing codon - ignore
1268       } catch (NoSuchElementException e)
1269       {
1270         // possibly peptide lacking STOP
1271       }
1272     }
1273   }
1274
1275   /**
1276    * Helper method to add a codon-to-peptide entry to the aligned codons map
1277    * 
1278    * @param alignedCodons
1279    * @param codon
1280    * @param protein
1281    */
1282   protected static void addCodonToMap(
1283           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1284           AlignedCodon codon, SequenceI protein)
1285   {
1286     Map<SequenceI, AlignedCodon> seqProduct = alignedCodons.get(codon);
1287     if (seqProduct == null)
1288     {
1289       seqProduct = new HashMap<SequenceI, AlignedCodon>();
1290       alignedCodons.put(codon, seqProduct);
1291     }
1292     seqProduct.put(protein, codon);
1293   }
1294
1295   /**
1296    * Returns true if a cDNA/Protein mapping either exists, or could be made,
1297    * between at least one pair of sequences in the two alignments. Currently,
1298    * the logic is:
1299    * <ul>
1300    * <li>One alignment must be nucleotide, and the other protein</li>
1301    * <li>At least one pair of sequences must be already mapped, or mappable</li>
1302    * <li>Mappable means the nucleotide translation matches the protein sequence</li>
1303    * <li>The translation may ignore start and stop codons if present in the
1304    * nucleotide</li>
1305    * </ul>
1306    * 
1307    * @param al1
1308    * @param al2
1309    * @return
1310    */
1311   public static boolean isMappable(AlignmentI al1, AlignmentI al2)
1312   {
1313     if (al1 == null || al2 == null)
1314     {
1315       return false;
1316     }
1317
1318     /*
1319      * Require one nucleotide and one protein
1320      */
1321     if (al1.isNucleotide() == al2.isNucleotide())
1322     {
1323       return false;
1324     }
1325     AlignmentI dna = al1.isNucleotide() ? al1 : al2;
1326     AlignmentI protein = dna == al1 ? al2 : al1;
1327     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1328     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1329     {
1330       for (SequenceI proteinSeq : protein.getSequences())
1331       {
1332         if (isMappable(dnaSeq, proteinSeq, mappings))
1333         {
1334           return true;
1335         }
1336       }
1337     }
1338     return false;
1339   }
1340
1341   /**
1342    * Returns true if the dna sequence is mapped, or could be mapped, to the
1343    * protein sequence.
1344    * 
1345    * @param dnaSeq
1346    * @param proteinSeq
1347    * @param mappings
1348    * @return
1349    */
1350   protected static boolean isMappable(SequenceI dnaSeq,
1351           SequenceI proteinSeq, List<AlignedCodonFrame> mappings)
1352   {
1353     if (dnaSeq == null || proteinSeq == null)
1354     {
1355       return false;
1356     }
1357
1358     SequenceI dnaDs = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq : dnaSeq
1359             .getDatasetSequence();
1360     SequenceI proteinDs = proteinSeq.getDatasetSequence() == null ? proteinSeq
1361             : proteinSeq.getDatasetSequence();
1362
1363     for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1364     {
1365       if (proteinDs == mapping.getAaForDnaSeq(dnaDs))
1366       {
1367         /*
1368          * already mapped
1369          */
1370         return true;
1371       }
1372     }
1373
1374     /*
1375      * Just try to make a mapping (it is not yet stored), test whether
1376      * successful.
1377      */
1378     return mapCdnaToProtein(proteinDs, dnaDs) != null;
1379   }
1380
1381   /**
1382    * Finds any reference annotations associated with the sequences in
1383    * sequenceScope, that are not already added to the alignment, and adds them
1384    * to the 'candidates' map. Also populates a lookup table of annotation
1385    * labels, keyed by calcId, for use in constructing tooltips or the like.
1386    * 
1387    * @param sequenceScope
1388    *          the sequences to scan for reference annotations
1389    * @param labelForCalcId
1390    *          (optional) map to populate with label for calcId
1391    * @param candidates
1392    *          map to populate with annotations for sequence
1393    * @param al
1394    *          the alignment to check for presence of annotations
1395    */
1396   public static void findAddableReferenceAnnotations(
1397           List<SequenceI> sequenceScope,
1398           Map<String, String> labelForCalcId,
1399           final Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> candidates,
1400           AlignmentI al)
1401   {
1402     if (sequenceScope == null)
1403     {
1404       return;
1405     }
1406
1407     /*
1408      * For each sequence in scope, make a list of any annotations on the
1409      * underlying dataset sequence which are not already on the alignment.
1410      * 
1411      * Add to a map of { alignmentSequence, <List of annotations to add> }
1412      */
1413     for (SequenceI seq : sequenceScope)
1414     {
1415       SequenceI dataset = seq.getDatasetSequence();
1416       if (dataset == null)
1417       {
1418         continue;
1419       }
1420       AlignmentAnnotation[] datasetAnnotations = dataset.getAnnotation();
1421       if (datasetAnnotations == null)
1422       {
1423         continue;
1424       }
1425       final List<AlignmentAnnotation> result = new ArrayList<AlignmentAnnotation>();
1426       for (AlignmentAnnotation dsann : datasetAnnotations)
1427       {
1428         /*
1429          * Find matching annotations on the alignment. If none is found, then
1430          * add this annotation to the list of 'addable' annotations for this
1431          * sequence.
1432          */
1433         final Iterable<AlignmentAnnotation> matchedAlignmentAnnotations = al
1434                 .findAnnotations(seq, dsann.getCalcId(), dsann.label);
1435         if (!matchedAlignmentAnnotations.iterator().hasNext())
1436         {
1437           result.add(dsann);
1438           if (labelForCalcId != null)
1439           {
1440             labelForCalcId.put(dsann.getCalcId(), dsann.label);
1441           }
1442         }
1443       }
1444       /*
1445        * Save any addable annotations for this sequence
1446        */
1447       if (!result.isEmpty())
1448       {
1449         candidates.put(seq, result);
1450       }
1451     }
1452   }
1453
1454   /**
1455    * Adds annotations to the top of the alignment annotations, in the same order
1456    * as their related sequences.
1457    * 
1458    * @param annotations
1459    *          the annotations to add
1460    * @param alignment
1461    *          the alignment to add them to
1462    * @param selectionGroup
1463    *          current selection group (or null if none)
1464    */
1465   public static void addReferenceAnnotations(
1466           Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> annotations,
1467           final AlignmentI alignment, final SequenceGroup selectionGroup)
1468   {
1469     for (SequenceI seq : annotations.keySet())
1470     {
1471       for (AlignmentAnnotation ann : annotations.get(seq))
1472       {
1473         AlignmentAnnotation copyAnn = new AlignmentAnnotation(ann);
1474         int startRes = 0;
1475         int endRes = ann.annotations.length;
1476         if (selectionGroup != null)
1477         {
1478           startRes = selectionGroup.getStartRes();
1479           endRes = selectionGroup.getEndRes();
1480         }
1481         copyAnn.restrict(startRes, endRes);
1482
1483         /*
1484          * Add to the sequence (sets copyAnn.datasetSequence), unless the
1485          * original annotation is already on the sequence.
1486          */
1487         if (!seq.hasAnnotation(ann))
1488         {
1489           seq.addAlignmentAnnotation(copyAnn);
1490         }
1491         // adjust for gaps
1492         copyAnn.adjustForAlignment();
1493         // add to the alignment and set visible
1494         alignment.addAnnotation(copyAnn);
1495         copyAnn.visible = true;
1496       }
1497     }
1498   }
1499
1500   /**
1501    * Set visibility of alignment annotations of specified types (labels), for
1502    * specified sequences. This supports controls like
1503    * "Show all secondary structure", "Hide all Temp factor", etc.
1504    * 
1505    * @al the alignment to scan for annotations
1506    * @param types
1507    *          the types (labels) of annotations to be updated
1508    * @param forSequences
1509    *          if not null, only annotations linked to one of these sequences are
1510    *          in scope for update; if null, acts on all sequence annotations
1511    * @param anyType
1512    *          if this flag is true, 'types' is ignored (label not checked)
1513    * @param doShow
1514    *          if true, set visibility on, else set off
1515    */
1516   public static void showOrHideSequenceAnnotations(AlignmentI al,
1517           Collection<String> types, List<SequenceI> forSequences,
1518           boolean anyType, boolean doShow)
1519   {
1520     AlignmentAnnotation[] anns = al.getAlignmentAnnotation();
1521     if (anns != null)
1522     {
1523       for (AlignmentAnnotation aa : anns)
1524       {
1525         if (anyType || types.contains(aa.label))
1526         {
1527           if ((aa.sequenceRef != null)
1528                   && (forSequences == null || forSequences
1529                           .contains(aa.sequenceRef)))
1530           {
1531             aa.visible = doShow;
1532           }
1533         }
1534       }
1535     }
1536   }
1537
1538   /**
1539    * Returns true if either sequence has a cross-reference to the other
1540    * 
1541    * @param seq1
1542    * @param seq2
1543    * @return
1544    */
1545   public static boolean haveCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1546   {
1547     // Note: moved here from class CrossRef as the latter class has dependencies
1548     // not availability to the applet's classpath
1549     return hasCrossRef(seq1, seq2) || hasCrossRef(seq2, seq1);
1550   }
1551
1552   /**
1553    * Returns true if seq1 has a cross-reference to seq2. Currently this assumes
1554    * that sequence name is structured as Source|AccessionId.
1555    * 
1556    * @param seq1
1557    * @param seq2
1558    * @return
1559    */
1560   public static boolean hasCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1561   {
1562     if (seq1 == null || seq2 == null)
1563     {
1564       return false;
1565     }
1566     String name = seq2.getName();
1567     final DBRefEntry[] xrefs = seq1.getDBRefs();
1568     if (xrefs != null)
1569     {
1570       for (DBRefEntry xref : xrefs)
1571       {
1572         String xrefName = xref.getSource() + "|" + xref.getAccessionId();
1573         // case-insensitive test, consistent with DBRefEntry.equalRef()
1574         if (xrefName.equalsIgnoreCase(name))
1575         {
1576           return true;
1577         }
1578       }
1579     }
1580     return false;
1581   }
1582
1583   /**
1584    * Constructs an alignment consisting of the mapped (CDS) regions in the given
1585    * nucleotide sequences, and updates mappings to match. The CDS sequences are
1586    * added to the original alignment's dataset, which is shared by the new
1587    * alignment. Mappings from nucleotide to CDS, and from CDS to protein, are
1588    * added to the alignment dataset.
1589    * 
1590    * @param dna
1591    *          aligned nucleotide (dna or cds) sequences
1592    * @param dataset
1593    *          the alignment dataset the sequences belong to
1594    * @param products
1595    *          (optional) to restrict results to CDS that map to specified
1596    *          protein products
1597    * @return an alignment whose sequences are the cds-only parts of the dna
1598    *         sequences (or null if no mappings are found)
1599    */
1600   public static AlignmentI makeCdsAlignment(SequenceI[] dna,
1601           AlignmentI dataset, SequenceI[] products)
1602   {
1603     if (dataset == null || dataset.getDataset() != null)
1604     {
1605       throw new IllegalArgumentException(
1606               "IMPLEMENTATION ERROR: dataset.getDataset() must be null!");
1607     }
1608     List<SequenceI> foundSeqs = new ArrayList<SequenceI>();
1609     List<SequenceI> cdsSeqs = new ArrayList<SequenceI>();
1610     List<AlignedCodonFrame> mappings = dataset.getCodonFrames();
1611     HashSet<SequenceI> productSeqs = null;
1612     if (products != null)
1613     {
1614       productSeqs = new HashSet<SequenceI>();
1615       for (SequenceI seq : products)
1616       {
1617         productSeqs.add(seq.getDatasetSequence() == null ? seq : seq
1618                 .getDatasetSequence());
1619       }
1620     }
1621
1622     /*
1623      * Construct CDS sequences from mappings on the alignment dataset.
1624      * The logic is:
1625      * - find the protein product(s) mapped to from each dna sequence
1626      * - if the mapping covers the whole dna sequence (give or take start/stop
1627      *   codon), take the dna as the CDS sequence
1628      * - else search dataset mappings for a suitable dna sequence, i.e. one
1629      *   whose whole sequence is mapped to the protein 
1630      * - if no sequence found, construct one from the dna sequence and mapping
1631      *   (and add it to dataset so it is found if this is repeated)
1632      */
1633     for (SequenceI dnaSeq : dna)
1634     {
1635       SequenceI dnaDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1636               : dnaSeq.getDatasetSequence();
1637
1638       List<AlignedCodonFrame> seqMappings = MappingUtils
1639               .findMappingsForSequence(dnaSeq, mappings);
1640       for (AlignedCodonFrame mapping : seqMappings)
1641       {
1642         List<Mapping> mappingsFromSequence = mapping
1643                 .getMappingsFromSequence(dnaSeq);
1644
1645         for (Mapping aMapping : mappingsFromSequence)
1646         {
1647           MapList mapList = aMapping.getMap();
1648           if (mapList.getFromRatio() == 1)
1649           {
1650             /*
1651              * not a dna-to-protein mapping (likely dna-to-cds)
1652              */
1653             continue;
1654           }
1655
1656           /*
1657            * skip if mapping is not to one of the target set of proteins
1658            */
1659           SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1660           if (productSeqs != null && !productSeqs.contains(proteinProduct))
1661           {
1662             continue;
1663           }
1664
1665           /*
1666            * try to locate the CDS from the dataset mappings;
1667            * guard against duplicate results (for the case that protein has
1668            * dbrefs to both dna and cds sequences)
1669            */
1670           SequenceI cdsSeq = findCdsForProtein(mappings, dnaSeq,
1671                   seqMappings, aMapping);
1672           if (cdsSeq != null)
1673           {
1674             if (!foundSeqs.contains(cdsSeq))
1675             {
1676               foundSeqs.add(cdsSeq);
1677               SequenceI derivedSequence = cdsSeq.deriveSequence();
1678               cdsSeqs.add(derivedSequence);
1679               if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeq))
1680               {
1681                 dataset.addSequence(cdsSeq);
1682               }
1683             }
1684             continue;
1685           }
1686
1687           /*
1688            * didn't find mapped CDS sequence - construct it and add
1689            * its dataset sequence to the dataset
1690            */
1691           cdsSeq = makeCdsSequence(dnaSeq.getDatasetSequence(), aMapping,
1692                   dataset).deriveSequence();
1693           // cdsSeq has a name constructed as CDS|<dbref>
1694           // <dbref> will be either the accession for the coding sequence,
1695           // marked in the /via/ dbref to the protein product accession
1696           // or it will be the original nucleotide accession.
1697           SequenceI cdsSeqDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
1698
1699           cdsSeqs.add(cdsSeq);
1700
1701           if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeqDss))
1702           {
1703             // check if this sequence is a newly created one
1704             // so needs adding to the dataset
1705             dataset.addSequence(cdsSeqDss);
1706           }
1707
1708           /*
1709            * add a mapping from CDS to the (unchanged) mapped to range
1710            */
1711           List<int[]> cdsRange = Collections.singletonList(new int[] { 1,
1712               cdsSeq.getLength() });
1713           MapList cdsToProteinMap = new MapList(cdsRange, mapList.getToRanges(),
1714                   mapList.getFromRatio(), mapList.getToRatio());
1715           AlignedCodonFrame cdsToProteinMapping = new AlignedCodonFrame();
1716           cdsToProteinMapping.addMap(cdsSeqDss, proteinProduct,
1717                   cdsToProteinMap);
1718
1719           /*
1720            * guard against duplicating the mapping if repeating this action
1721            */
1722           if (!mappings.contains(cdsToProteinMapping))
1723           {
1724             mappings.add(cdsToProteinMapping);
1725           }
1726
1727           propagateDBRefsToCDS(cdsSeqDss, dnaSeq.getDatasetSequence(),
1728                   proteinProduct, aMapping);
1729           /*
1730            * add another mapping from original 'from' range to CDS
1731            */
1732           AlignedCodonFrame dnaToCdsMapping = new AlignedCodonFrame();
1733           MapList dnaToCdsMap = new MapList(mapList.getFromRanges(),
1734                   cdsRange, 1,
1735                   1);
1736           dnaToCdsMapping.addMap(dnaSeq.getDatasetSequence(), cdsSeqDss,
1737                   dnaToCdsMap);
1738           if (!mappings.contains(dnaToCdsMapping))
1739           {
1740             mappings.add(dnaToCdsMapping);
1741           }
1742
1743           /*
1744            * add DBRef with mapping from protein to CDS
1745            * (this enables Get Cross-References from protein alignment)
1746            * This is tricky because we can't have two DBRefs with the
1747            * same source and accession, so need a different accession for
1748            * the CDS from the dna sequence
1749            */
1750           
1751           // specific use case:
1752           // Genomic contig ENSCHR:1, contains coding regions for ENSG01,
1753           // ENSG02, ENSG03, with transcripts and products similarly named.
1754           // cannot add distinct dbrefs mapping location on ENSCHR:1 to ENSG01
1755           
1756           // JBPNote: ?? can't actually create an example that demonstrates we
1757           // need to
1758           // synthesize an xref.
1759           
1760           for (DBRefEntry primRef : dnaDss.getPrimaryDBRefs())
1761           {
1762             // creates a complementary cross-reference to the source sequence's
1763             // primary reference.
1764
1765             DBRefEntry cdsCrossRef = new DBRefEntry(primRef.getSource(),
1766                     primRef.getSource() + ":" + primRef.getVersion(),
1767                     primRef.getAccessionId());
1768             cdsCrossRef
1769                     .setMap(new Mapping(dnaDss, new MapList(dnaToCdsMap)));
1770             cdsSeqDss.addDBRef(cdsCrossRef);
1771
1772             // problem here is that the cross-reference is synthesized -
1773             // cdsSeq.getName() may be like 'CDS|dnaaccession' or
1774             // 'CDS|emblcdsacc'
1775             // assuming cds version same as dna ?!?
1776
1777             DBRefEntry proteinToCdsRef = new DBRefEntry(
1778                     primRef.getSource(), primRef.getVersion(),
1779                     cdsSeq.getName());
1780             //
1781             proteinToCdsRef.setMap(new Mapping(cdsSeqDss, cdsToProteinMap
1782                     .getInverse()));
1783             proteinProduct.addDBRef(proteinToCdsRef);
1784           }
1785
1786           /*
1787            * transfer any features on dna that overlap the CDS
1788            */
1789           transferFeatures(dnaSeq, cdsSeq, cdsToProteinMap, null,
1790                   SequenceOntologyI.CDS);
1791         }
1792       }
1793     }
1794
1795     AlignmentI cds = new Alignment(cdsSeqs.toArray(new SequenceI[cdsSeqs
1796             .size()]));
1797     cds.setDataset(dataset);
1798
1799     return cds;
1800   }
1801
1802   /**
1803    * A helper method that finds a CDS sequence in the alignment dataset that is
1804    * mapped to the given protein sequence, and either is, or has a mapping from,
1805    * the given dna sequence.
1806    * 
1807    * @param mappings
1808    *          set of all mappings on the dataset
1809    * @param dnaSeq
1810    *          a dna (or cds) sequence we are searching from
1811    * @param seqMappings
1812    *          the set of mappings involving dnaSeq
1813    * @param aMapping
1814    *          an initial candidate from seqMappings
1815    * @return
1816    */
1817   static SequenceI findCdsForProtein(List<AlignedCodonFrame> mappings,
1818           SequenceI dnaSeq, List<AlignedCodonFrame> seqMappings,
1819           Mapping aMapping)
1820   {
1821     /*
1822      * TODO a better dna-cds-protein mapping data representation to allow easy
1823      * navigation; until then this clunky looping around lists of mappings
1824      */
1825     SequenceI seqDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1826             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1827     SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1828
1829     /*
1830      * is this mapping from the whole dna sequence (i.e. CDS)?
1831      * allowing for possible stop codon on dna but not peptide
1832      */
1833     int mappedFromLength = MappingUtils.getLength(aMapping.getMap()
1834             .getFromRanges());
1835     int dnaLength = seqDss.getLength();
1836     if (mappedFromLength == dnaLength || mappedFromLength == dnaLength - CODON_LENGTH)
1837     {
1838       return seqDss;
1839     }
1840
1841     /*
1842      * looks like we found the dna-to-protein mapping; search for the
1843      * corresponding cds-to-protein mapping
1844      */
1845     List<AlignedCodonFrame> mappingsToPeptide = MappingUtils
1846             .findMappingsForSequence(proteinProduct, mappings);
1847     for (AlignedCodonFrame acf : mappingsToPeptide)
1848     {
1849       for (SequenceToSequenceMapping map : acf.getMappings())
1850       {
1851         Mapping mapping = map.getMapping();
1852         if (mapping != aMapping && mapping.getMap().getFromRatio() == CODON_LENGTH
1853                 && proteinProduct == mapping.getTo()
1854                 && seqDss != map.getFromSeq())
1855         {
1856           mappedFromLength = MappingUtils.getLength(mapping.getMap()
1857                   .getFromRanges());
1858           if (mappedFromLength == map.getFromSeq().getLength())
1859           {
1860             /*
1861             * found a 3:1 mapping to the protein product which covers
1862             * the whole dna sequence i.e. is from CDS; finally check it
1863             * is from the dna start sequence
1864             */
1865             SequenceI cdsSeq = map.getFromSeq();
1866             List<AlignedCodonFrame> dnaToCdsMaps = MappingUtils
1867                     .findMappingsForSequence(cdsSeq, seqMappings);
1868             if (!dnaToCdsMaps.isEmpty())
1869             {
1870               return cdsSeq;
1871             }
1872           }
1873         }
1874       }
1875     }
1876     return null;
1877   }
1878
1879   /**
1880    * Helper method that makes a CDS sequence as defined by the mappings from the
1881    * given sequence i.e. extracts the 'mapped from' ranges (which may be on
1882    * forward or reverse strand).
1883    * 
1884    * @param seq
1885    * @param mapping
1886    * @param dataset
1887    *          - existing dataset. We check for sequences that look like the CDS
1888    *          we are about to construct, if one exists already, then we will
1889    *          just return that one.
1890    * @return CDS sequence (as a dataset sequence)
1891    */
1892   static SequenceI makeCdsSequence(SequenceI seq, Mapping mapping,
1893           AlignmentI dataset)
1894   {
1895     char[] seqChars = seq.getSequence();
1896     List<int[]> fromRanges = mapping.getMap().getFromRanges();
1897     int cdsWidth = MappingUtils.getLength(fromRanges);
1898     char[] newSeqChars = new char[cdsWidth];
1899
1900     int newPos = 0;
1901     for (int[] range : fromRanges)
1902     {
1903       if (range[0] <= range[1])
1904       {
1905         // forward strand mapping - just copy the range
1906         int length = range[1] - range[0] + 1;
1907         System.arraycopy(seqChars, range[0] - 1, newSeqChars, newPos,
1908                 length);
1909         newPos += length;
1910       }
1911       else
1912       {
1913         // reverse strand mapping - copy and complement one by one
1914         for (int i = range[0]; i >= range[1]; i--)
1915         {
1916           newSeqChars[newPos++] = Dna.getComplement(seqChars[i - 1]);
1917         }
1918       }
1919     }
1920     
1921     /*
1922      * assign 'from id' held in the mapping if set (e.g. EMBL protein_id),
1923      * else generate a sequence name
1924      */
1925     String mapFromId = mapping.getMappedFromId();
1926     String seqId = "CDS|" + (mapFromId != null ? mapFromId : seq.getName());
1927     SequenceI newSeq = new Sequence(seqId, newSeqChars, 1, newPos);
1928     if (dataset != null)
1929     {
1930       SequenceI[] matches = dataset.findSequenceMatch(newSeq.getName());
1931       if (matches != null)
1932       {
1933         boolean matched = false;
1934         for (SequenceI mtch : matches)
1935         {
1936           if (mtch.getStart() != newSeq.getStart())
1937           {
1938             continue;
1939           }
1940           if (mtch.getEnd() != newSeq.getEnd())
1941           {
1942             continue;
1943           }
1944           if (!Arrays.equals(mtch.getSequence(), newSeq.getSequence()))
1945           {
1946             continue;
1947           }
1948           if (!matched)
1949           {
1950             matched = true;
1951             newSeq = mtch;
1952           }
1953           else
1954           {
1955             System.err
1956                     .println("JAL-2154 regression: warning - found (and ignnored a duplicate CDS sequence):"
1957                             + mtch.toString());
1958           }
1959         }
1960       }
1961     }
1962     // newSeq.setDescription(mapFromId);
1963
1964     return newSeq;
1965   }
1966
1967   /**
1968    * add any DBRefEntrys to cdsSeq from contig that have a Mapping congruent to
1969    * the given mapping.
1970    * 
1971    * @param cdsSeq
1972    * @param contig
1973    * @param mapping
1974    * @return list of DBRefEntrys added.
1975    */
1976   public static List<DBRefEntry> propagateDBRefsToCDS(SequenceI cdsSeq,
1977           SequenceI contig, SequenceI proteinProduct, Mapping mapping)
1978   {
1979
1980     // gather direct refs from contig congrent with mapping
1981     List<DBRefEntry> direct = new ArrayList<DBRefEntry>();
1982     HashSet<String> directSources = new HashSet<String>();
1983     if (contig.getDBRefs() != null)
1984     {
1985       for (DBRefEntry dbr : contig.getDBRefs())
1986       {
1987         if (dbr.hasMap() && dbr.getMap().getMap().isTripletMap())
1988         {
1989           MapList map = dbr.getMap().getMap();
1990           // check if map is the CDS mapping
1991           if (mapping.getMap().equals(map))
1992           {
1993             direct.add(dbr);
1994             directSources.add(dbr.getSource());
1995           }
1996         }
1997       }
1998     }
1999     DBRefEntry[] onSource = DBRefUtils.selectRefs(
2000             proteinProduct.getDBRefs(),
2001             directSources.toArray(new String[0]));
2002     List<DBRefEntry> propagated = new ArrayList<DBRefEntry>();
2003
2004     // and generate appropriate mappings
2005     for (DBRefEntry cdsref : direct)
2006     {
2007       // clone maplist and mapping
2008       MapList cdsposmap = new MapList(Arrays.asList(new int[][] { new int[]
2009       { cdsSeq.getStart(), cdsSeq.getEnd() } }), cdsref.getMap().getMap()
2010               .getToRanges(), 3, 1);
2011       Mapping cdsmap = new Mapping(cdsref.getMap().getTo(), cdsref.getMap()
2012               .getMap());
2013
2014       // create dbref
2015       DBRefEntry newref = new DBRefEntry(cdsref.getSource(),
2016               cdsref.getVersion(), cdsref.getAccessionId(), new Mapping(
2017                       cdsmap.getTo(), cdsposmap));
2018
2019       // and see if we can map to the protein product for this mapping.
2020       // onSource is the filtered set of accessions on protein that we are
2021       // tranferring, so we assume accession is the same.
2022       if (cdsmap.getTo() == null && onSource != null)
2023       {
2024         List<DBRefEntry> sourceRefs = DBRefUtils.searchRefs(onSource,
2025                 cdsref.getAccessionId());
2026         if (sourceRefs != null)
2027         {
2028           for (DBRefEntry srcref : sourceRefs)
2029           {
2030             if (srcref.getSource().equalsIgnoreCase(cdsref.getSource()))
2031             {
2032               // we have found a complementary dbref on the protein product, so
2033               // update mapping's getTo
2034               newref.getMap().setTo(proteinProduct);
2035             }
2036           }
2037         }
2038       }
2039       cdsSeq.addDBRef(newref);
2040       propagated.add(newref);
2041     }
2042     return propagated;
2043   }
2044
2045   /**
2046    * Transfers co-located features on 'fromSeq' to 'toSeq', adjusting the
2047    * feature start/end ranges, optionally omitting specified feature types.
2048    * Returns the number of features copied.
2049    * 
2050    * @param fromSeq
2051    * @param toSeq
2052    * @param select
2053    *          if not null, only features of this type are copied (including
2054    *          subtypes in the Sequence Ontology)
2055    * @param mapping
2056    *          the mapping from 'fromSeq' to 'toSeq'
2057    * @param omitting
2058    */
2059   public static int transferFeatures(SequenceI fromSeq, SequenceI toSeq,
2060           MapList mapping, String select, String... omitting)
2061   {
2062     SequenceI copyTo = toSeq;
2063     while (copyTo.getDatasetSequence() != null)
2064     {
2065       copyTo = copyTo.getDatasetSequence();
2066     }
2067
2068     SequenceOntologyI so = SequenceOntologyFactory.getInstance();
2069     int count = 0;
2070     SequenceFeature[] sfs = fromSeq.getSequenceFeatures();
2071     if (sfs != null)
2072     {
2073       for (SequenceFeature sf : sfs)
2074       {
2075         String type = sf.getType();
2076         if (select != null && !so.isA(type, select))
2077         {
2078           continue;
2079         }
2080         boolean omit = false;
2081         for (String toOmit : omitting)
2082         {
2083           if (type.equals(toOmit))
2084           {
2085             omit = true;
2086           }
2087         }
2088         if (omit)
2089         {
2090           continue;
2091         }
2092
2093         /*
2094          * locate the mapped range - null if either start or end is
2095          * not mapped (no partial overlaps are calculated)
2096          */
2097         int start = sf.getBegin();
2098         int end = sf.getEnd();
2099         int[] mappedTo = mapping.locateInTo(start, end);
2100         /*
2101          * if whole exon range doesn't map, try interpreting it
2102          * as 5' or 3' exon overlapping the CDS range
2103          */
2104         if (mappedTo == null)
2105         {
2106           mappedTo = mapping.locateInTo(end, end);
2107           if (mappedTo != null)
2108           {
2109             /*
2110              * end of exon is in CDS range - 5' overlap
2111              * to a range from the start of the peptide
2112              */
2113             mappedTo[0] = 1;
2114           }
2115         }
2116         if (mappedTo == null)
2117         {
2118           mappedTo = mapping.locateInTo(start, start);
2119           if (mappedTo != null)
2120           {
2121             /*
2122              * start of exon is in CDS range - 3' overlap
2123              * to a range up to the end of the peptide
2124              */
2125             mappedTo[1] = toSeq.getLength();
2126           }
2127         }
2128         if (mappedTo != null)
2129         {
2130           SequenceFeature copy = new SequenceFeature(sf);
2131           copy.setBegin(Math.min(mappedTo[0], mappedTo[1]));
2132           copy.setEnd(Math.max(mappedTo[0], mappedTo[1]));
2133           copyTo.addSequenceFeature(copy);
2134           count++;
2135         }
2136       }
2137     }
2138     return count;
2139   }
2140
2141   /**
2142    * Returns a mapping from dna to protein by inspecting sequence features of
2143    * type "CDS" on the dna.
2144    * 
2145    * @param dnaSeq
2146    * @param proteinSeq
2147    * @return
2148    */
2149   public static MapList mapCdsToProtein(SequenceI dnaSeq,
2150           SequenceI proteinSeq)
2151   {
2152     List<int[]> ranges = findCdsPositions(dnaSeq);
2153     int mappedDnaLength = MappingUtils.getLength(ranges);
2154
2155     int proteinLength = proteinSeq.getLength();
2156     int proteinStart = proteinSeq.getStart();
2157     int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
2158
2159     /*
2160      * incomplete start codon may mean X at start of peptide
2161      * we ignore both for mapping purposes
2162      */
2163     if (proteinSeq.getCharAt(0) == 'X')
2164     {
2165       // todo JAL-2022 support startPhase > 0
2166       proteinStart++;
2167       proteinLength--;
2168     }
2169     List<int[]> proteinRange = new ArrayList<int[]>();
2170
2171     /*
2172      * dna length should map to protein (or protein plus stop codon)
2173      */
2174     int codesForResidues = mappedDnaLength / CODON_LENGTH;
2175     if (codesForResidues == (proteinLength + 1))
2176     {
2177       // assuming extra codon is for STOP and not in peptide
2178       codesForResidues--;
2179     }
2180     if (codesForResidues == proteinLength)
2181     {
2182       proteinRange.add(new int[] { proteinStart, proteinEnd });
2183       return new MapList(ranges, proteinRange, CODON_LENGTH, 1);
2184     }
2185     return null;
2186   }
2187
2188   /**
2189    * Returns a list of CDS ranges found (as sequence positions base 1), i.e. of
2190    * start/end positions of sequence features of type "CDS" (or a sub-type of
2191    * CDS in the Sequence Ontology). The ranges are sorted into ascending start
2192    * position order, so this method is only valid for linear CDS in the same
2193    * sense as the protein product.
2194    * 
2195    * @param dnaSeq
2196    * @return
2197    */
2198   public static List<int[]> findCdsPositions(SequenceI dnaSeq)
2199   {
2200     List<int[]> result = new ArrayList<int[]>();
2201     SequenceFeature[] sfs = dnaSeq.getSequenceFeatures();
2202     if (sfs == null)
2203     {
2204       return result;
2205     }
2206
2207     SequenceOntologyI so = SequenceOntologyFactory.getInstance();
2208     int startPhase = 0;
2209
2210     for (SequenceFeature sf : sfs)
2211     {
2212       /*
2213        * process a CDS feature (or a sub-type of CDS)
2214        */
2215       if (so.isA(sf.getType(), SequenceOntologyI.CDS))
2216       {
2217         int phase = 0;
2218         try
2219         {
2220           phase = Integer.parseInt(sf.getPhase());
2221         } catch (NumberFormatException e)
2222         {
2223           // ignore
2224         }
2225         /*
2226          * phase > 0 on first codon means 5' incomplete - skip to the start
2227          * of the next codon; example ENST00000496384
2228          */
2229         int begin = sf.getBegin();
2230         int end = sf.getEnd();
2231         if (result.isEmpty())
2232         {
2233           begin += phase;
2234           if (begin > end)
2235           {
2236             // shouldn't happen!
2237             System.err
2238                     .println("Error: start phase extends beyond start CDS in "
2239                             + dnaSeq.getName());
2240           }
2241         }
2242         result.add(new int[] { begin, end });
2243       }
2244     }
2245
2246     /*
2247      * remove 'startPhase' positions (usually 0) from the first range 
2248      * so we begin at the start of a complete codon
2249      */
2250     if (!result.isEmpty())
2251     {
2252       // TODO JAL-2022 correctly model start phase > 0
2253       result.get(0)[0] += startPhase;
2254     }
2255
2256     /*
2257      * Finally sort ranges by start position. This avoids a dependency on 
2258      * keeping features in order on the sequence (if they are in order anyway,
2259      * the sort will have almost no work to do). The implicit assumption is CDS
2260      * ranges are assembled in order. Other cases should not use this method,
2261      * but instead construct an explicit mapping for CDS (e.g. EMBL parsing).
2262      */
2263     Collections.sort(result, new Comparator<int[]>()
2264     {
2265       @Override
2266       public int compare(int[] o1, int[] o2)
2267       {
2268         return Integer.compare(o1[0], o2[0]);
2269       }
2270     });
2271     return result;
2272   }
2273
2274   /**
2275    * Maps exon features from dna to protein, and computes variants in peptide
2276    * product generated by variants in dna, and adds them as sequence_variant
2277    * features on the protein sequence. Returns the number of variant features
2278    * added.
2279    * 
2280    * @param dnaSeq
2281    * @param peptide
2282    * @param dnaToProtein
2283    */
2284   public static int computeProteinFeatures(SequenceI dnaSeq,
2285           SequenceI peptide, MapList dnaToProtein)
2286   {
2287     while (dnaSeq.getDatasetSequence() != null)
2288     {
2289       dnaSeq = dnaSeq.getDatasetSequence();
2290     }
2291     while (peptide.getDatasetSequence() != null)
2292     {
2293       peptide = peptide.getDatasetSequence();
2294     }
2295
2296     transferFeatures(dnaSeq, peptide, dnaToProtein, SequenceOntologyI.EXON);
2297
2298     /*
2299      * compute protein variants from dna variants and codon mappings;
2300      * NB - alternatively we could retrieve this using the REST service e.g.
2301      * http://rest.ensembl.org/overlap/translation
2302      * /ENSP00000288602?feature=transcript_variation;content-type=text/xml
2303      * which would be a bit slower but possibly more reliable
2304      */
2305
2306     /*
2307      * build a map with codon variations for each potentially varying peptide
2308      */
2309     LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]> variants = buildDnaVariantsMap(
2310             dnaSeq, dnaToProtein);
2311
2312     /*
2313      * scan codon variations, compute peptide variants and add to peptide sequence
2314      */
2315     int count = 0;
2316     for (Entry<Integer, List<DnaVariant>[]> variant : variants.entrySet())
2317     {
2318       int peptidePos = variant.getKey();
2319       List<DnaVariant>[] codonVariants = variant.getValue();
2320       count += computePeptideVariants(peptide, peptidePos, codonVariants);
2321     }
2322
2323     /*
2324      * sort to get sequence features in start position order
2325      * - would be better to store in Sequence as a TreeSet or NCList?
2326      */
2327     if (peptide.getSequenceFeatures() != null)
2328     {
2329       Arrays.sort(peptide.getSequenceFeatures(),
2330               new Comparator<SequenceFeature>()
2331               {
2332                 @Override
2333                 public int compare(SequenceFeature o1, SequenceFeature o2)
2334                 {
2335                   int c = Integer.compare(o1.getBegin(), o2.getBegin());
2336                   return c == 0 ? Integer.compare(o1.getEnd(), o2.getEnd())
2337                           : c;
2338                 }
2339               });
2340     }
2341     return count;
2342   }
2343
2344   /**
2345    * Computes non-synonymous peptide variants from codon variants and adds them
2346    * as sequence_variant features on the protein sequence (one feature per
2347    * allele variant). Selected attributes (variant id, clinical significance)
2348    * are copied over to the new features.
2349    * 
2350    * @param peptide
2351    *          the protein sequence
2352    * @param peptidePos
2353    *          the position to compute peptide variants for
2354    * @param codonVariants
2355    *          a list of dna variants per codon position
2356    * @return the number of features added
2357    */
2358   static int computePeptideVariants(SequenceI peptide, int peptidePos,
2359           List<DnaVariant>[] codonVariants)
2360   {
2361     String residue = String.valueOf(peptide.getCharAt(peptidePos - 1));
2362     int count = 0;
2363     String base1 = codonVariants[0].get(0).base;
2364     String base2 = codonVariants[1].get(0).base;
2365     String base3 = codonVariants[2].get(0).base;
2366
2367     /*
2368      * variants in first codon base
2369      */
2370     for (DnaVariant var : codonVariants[0])
2371     {
2372       if (var.variant != null)
2373       {
2374         String alleles = (String) var.variant.getValue("alleles");
2375         if (alleles != null)
2376         {
2377           for (String base : alleles.split(","))
2378           {
2379             String codon = base + base2 + base3;
2380             if (addPeptideVariant(peptide, peptidePos, residue, var, codon))
2381             {
2382               count++;
2383             }
2384           }
2385         }
2386       }
2387     }
2388
2389     /*
2390      * variants in second codon base
2391      */
2392     for (DnaVariant var : codonVariants[1])
2393     {
2394       if (var.variant != null)
2395       {
2396         String alleles = (String) var.variant.getValue("alleles");
2397         if (alleles != null)
2398         {
2399           for (String base : alleles.split(","))
2400           {
2401             String codon = base1 + base + base3;
2402             if (addPeptideVariant(peptide, peptidePos, residue, var, codon))
2403             {
2404               count++;
2405             }
2406           }
2407         }
2408       }
2409     }
2410
2411     /*
2412      * variants in third codon base
2413      */
2414     for (DnaVariant var : codonVariants[2])
2415     {
2416       if (var.variant != null)
2417       {
2418         String alleles = (String) var.variant.getValue("alleles");
2419         if (alleles != null)
2420         {
2421           for (String base : alleles.split(","))
2422           {
2423             String codon = base1 + base2 + base;
2424             if (addPeptideVariant(peptide, peptidePos, residue, var, codon))
2425             {
2426               count++;
2427             }
2428           }
2429         }
2430       }
2431     }
2432
2433     return count;
2434   }
2435
2436   /**
2437    * Helper method that adds a peptide variant feature, provided the given codon
2438    * translates to a value different to the current residue (is a non-synonymous
2439    * variant). ID and clinical_significance attributes of the dna variant (if
2440    * present) are copied to the new feature.
2441    * 
2442    * @param peptide
2443    * @param peptidePos
2444    * @param residue
2445    * @param var
2446    * @param codon
2447    * @return true if a feature was added, else false
2448    */
2449   static boolean addPeptideVariant(SequenceI peptide, int peptidePos,
2450           String residue, DnaVariant var, String codon)
2451   {
2452     /*
2453      * get peptide translation of codon e.g. GAT -> D
2454      * note that variants which are not single alleles,
2455      * e.g. multibase variants or HGMD_MUTATION etc
2456      * are currently ignored here
2457      */
2458     String trans = codon.contains("-") ? "-"
2459             : (codon.length() > CODON_LENGTH ? null : ResidueProperties
2460                     .codonTranslate(codon));
2461     if (trans != null && !trans.equals(residue))
2462     {
2463       String residue3Char = StringUtils
2464               .toSentenceCase(ResidueProperties.aa2Triplet.get(residue));
2465       String trans3Char = StringUtils
2466               .toSentenceCase(ResidueProperties.aa2Triplet.get(trans));
2467       String desc = "p." + residue3Char + peptidePos + trans3Char;
2468       // set score to 0f so 'graduated colour' option is offered! JAL-2060
2469       SequenceFeature sf = new SequenceFeature(
2470               SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT, desc, peptidePos,
2471               peptidePos, 0f, var.getSource());
2472       StringBuilder attributes = new StringBuilder(32);
2473       String id = (String) var.variant.getValue(ID);
2474       if (id != null)
2475       {
2476         if (id.startsWith(SEQUENCE_VARIANT))
2477         {
2478           id = id.substring(SEQUENCE_VARIANT.length());
2479         }
2480         sf.setValue(ID, id);
2481         attributes.append(ID).append("=").append(id);
2482         // TODO handle other species variants JAL-2064
2483         StringBuilder link = new StringBuilder(32);
2484         try
2485         {
2486           link.append(desc).append(" ").append(id)
2487                   .append("|http://www.ensembl.org/Homo_sapiens/Variation/Summary?v=")
2488                   .append(URLEncoder.encode(id, "UTF-8"));
2489           sf.addLink(link.toString());
2490         } catch (UnsupportedEncodingException e)
2491         {
2492           // as if
2493         }
2494       }
2495       String clinSig = (String) var.variant
2496               .getValue(CLINICAL_SIGNIFICANCE);
2497       if (clinSig != null)
2498       {
2499         sf.setValue(CLINICAL_SIGNIFICANCE, clinSig);
2500         attributes.append(";").append(CLINICAL_SIGNIFICANCE).append("=")
2501                 .append(clinSig);
2502       }
2503       peptide.addSequenceFeature(sf);
2504       if (attributes.length() > 0)
2505       {
2506         sf.setAttributes(attributes.toString());
2507       }
2508       return true;
2509     }
2510     return false;
2511   }
2512
2513   /**
2514    * Builds a map whose key is position in the protein sequence, and value is a
2515    * list of the base and all variants for each corresponding codon position
2516    * 
2517    * @param dnaSeq
2518    * @param dnaToProtein
2519    * @return
2520    */
2521   @SuppressWarnings("unchecked")
2522   static LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]> buildDnaVariantsMap(
2523           SequenceI dnaSeq, MapList dnaToProtein)
2524   {
2525     /*
2526      * map from peptide position to all variants of the codon which codes for it
2527      * LinkedHashMap ensures we keep the peptide features in sequence order
2528      */
2529     LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]> variants = new LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]>();
2530     SequenceOntologyI so = SequenceOntologyFactory.getInstance();
2531
2532     SequenceFeature[] dnaFeatures = dnaSeq.getSequenceFeatures();
2533     if (dnaFeatures == null)
2534     {
2535       return variants;
2536     }
2537
2538     int dnaStart = dnaSeq.getStart();
2539     int[] lastCodon = null;
2540     int lastPeptidePostion = 0;
2541
2542     /*
2543      * build a map of codon variations for peptides
2544      */
2545     for (SequenceFeature sf : dnaFeatures)
2546     {
2547       int dnaCol = sf.getBegin();
2548       if (dnaCol != sf.getEnd())
2549       {
2550         // not handling multi-locus variant features
2551         continue;
2552       }
2553       if (so.isA(sf.getType(), SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT))
2554       {
2555         int[] mapsTo = dnaToProtein.locateInTo(dnaCol, dnaCol);
2556         if (mapsTo == null)
2557         {
2558           // feature doesn't lie within coding region
2559           continue;
2560         }
2561         int peptidePosition = mapsTo[0];
2562         List<DnaVariant>[] codonVariants = variants.get(peptidePosition);
2563         if (codonVariants == null)
2564         {
2565           codonVariants = new ArrayList[CODON_LENGTH];
2566           codonVariants[0] = new ArrayList<DnaVariant>();
2567           codonVariants[1] = new ArrayList<DnaVariant>();
2568           codonVariants[2] = new ArrayList<DnaVariant>();
2569           variants.put(peptidePosition, codonVariants);
2570         }
2571
2572         /*
2573          * extract dna variants to a string array
2574          */
2575         String alls = (String) sf.getValue("alleles");
2576         if (alls == null)
2577         {
2578           continue;
2579         }
2580         String[] alleles = alls.toUpperCase().split(",");
2581         int i = 0;
2582         for (String allele : alleles)
2583         {
2584           alleles[i++] = allele.trim(); // lose any space characters "A, G"
2585         }
2586
2587         /*
2588          * get this peptide's codon positions e.g. [3, 4, 5] or [4, 7, 10]
2589          */
2590         int[] codon = peptidePosition == lastPeptidePostion ? lastCodon
2591                 : MappingUtils.flattenRanges(dnaToProtein.locateInFrom(
2592                         peptidePosition, peptidePosition));
2593         lastPeptidePostion = peptidePosition;
2594         lastCodon = codon;
2595
2596         /*
2597          * save nucleotide (and any variant) for each codon position
2598          */
2599         for (int codonPos = 0; codonPos < CODON_LENGTH; codonPos++)
2600         {
2601           String nucleotide = String.valueOf(
2602                   dnaSeq.getCharAt(codon[codonPos] - dnaStart))
2603                   .toUpperCase();
2604           List<DnaVariant> codonVariant = codonVariants[codonPos];
2605           if (codon[codonPos] == dnaCol)
2606           {
2607             if (!codonVariant.isEmpty()
2608                     && codonVariant.get(0).variant == null)
2609             {
2610               /*
2611                * already recorded base value, add this variant
2612                */
2613               codonVariant.get(0).variant = sf;
2614             }
2615             else
2616             {
2617               /*
2618                * add variant with base value
2619                */
2620               codonVariant.add(new DnaVariant(nucleotide, sf));
2621             }
2622           }
2623           else if (codonVariant.isEmpty())
2624           {
2625             /*
2626              * record (possibly non-varying) base value
2627              */
2628             codonVariant.add(new DnaVariant(nucleotide));
2629           }
2630         }
2631       }
2632     }
2633     return variants;
2634   }
2635
2636   /**
2637    * Makes an alignment with a copy of the given sequences, adding in any
2638    * non-redundant sequences which are mapped to by the cross-referenced
2639    * sequences.
2640    * 
2641    * @param seqs
2642    * @param xrefs
2643    * @param dataset
2644    *          the alignment dataset shared by the new copy
2645    * @return
2646    */
2647   public static AlignmentI makeCopyAlignment(SequenceI[] seqs,
2648           SequenceI[] xrefs, AlignmentI dataset)
2649   {
2650     AlignmentI copy = new Alignment(new Alignment(seqs));
2651     copy.setDataset(dataset);
2652     boolean isProtein = !copy.isNucleotide();
2653     SequenceIdMatcher matcher = new SequenceIdMatcher(seqs);
2654     if (xrefs != null)
2655     {
2656       for (SequenceI xref : xrefs)
2657       {
2658         DBRefEntry[] dbrefs = xref.getDBRefs();
2659         if (dbrefs != null)
2660         {
2661           for (DBRefEntry dbref : dbrefs)
2662           {
2663             if (dbref.getMap() == null || dbref.getMap().getTo() == null
2664                     || dbref.getMap().getTo().isProtein() != isProtein)
2665             {
2666               continue;
2667             }
2668             SequenceI mappedTo = dbref.getMap().getTo();
2669             SequenceI match = matcher.findIdMatch(mappedTo);
2670             if (match == null)
2671             {
2672               matcher.add(mappedTo);
2673               copy.addSequence(mappedTo);
2674             }
2675           }
2676         }
2677       }
2678     }
2679     return copy;
2680   }
2681
2682   /**
2683    * Try to align sequences in 'unaligned' to match the alignment of their
2684    * mapped regions in 'aligned'. For example, could use this to align CDS
2685    * sequences which are mapped to their parent cDNA sequences.
2686    * 
2687    * This method handles 1:1 mappings (dna-to-dna or protein-to-protein). For
2688    * dna-to-protein or protein-to-dna use alternative methods.
2689    * 
2690    * @param unaligned
2691    *          sequences to be aligned
2692    * @param aligned
2693    *          holds aligned sequences and their mappings
2694    * @return
2695    */
2696   public static int alignAs(AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned)
2697   {
2698     /*
2699      * easy case - aligning a copy of aligned sequences
2700      */
2701     if (alignAsSameSequences(unaligned, aligned))
2702     {
2703       return unaligned.getHeight();
2704     }
2705
2706     /*
2707      * fancy case - aligning via mappings between sequences
2708      */
2709     List<SequenceI> unmapped = new ArrayList<SequenceI>();
2710     Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> columnMap = buildMappedColumnsMap(
2711             unaligned, aligned, unmapped);
2712     int width = columnMap.size();
2713     char gap = unaligned.getGapCharacter();
2714     int realignedCount = 0;
2715     // TODO: verify this loop scales sensibly for very wide/high alignments
2716
2717     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2718     {
2719       if (!unmapped.contains(seq))
2720       {
2721         char[] newSeq = new char[width];
2722         Arrays.fill(newSeq, gap); // JBPComment - doubt this is faster than the
2723                                   // Integer iteration below
2724         int newCol = 0;
2725         int lastCol = 0;
2726
2727         /*
2728          * traverse the map to find columns populated
2729          * by our sequence
2730          */
2731         for (Integer column : columnMap.keySet())
2732         {
2733           Character c = columnMap.get(column).get(seq);
2734           if (c != null)
2735           {
2736             /*
2737              * sequence has a character at this position
2738              * 
2739              */
2740             newSeq[newCol] = c;
2741             lastCol = newCol;
2742           }
2743           newCol++;
2744         }
2745         
2746         /*
2747          * trim trailing gaps
2748          */
2749         if (lastCol < width)
2750         {
2751           char[] tmp = new char[lastCol + 1];
2752           System.arraycopy(newSeq, 0, tmp, 0, lastCol + 1);
2753           newSeq = tmp;
2754         }
2755         // TODO: optimise SequenceI to avoid char[]->String->char[]
2756         seq.setSequence(String.valueOf(newSeq));
2757         realignedCount++;
2758       }
2759     }
2760     return realignedCount;
2761   }
2762
2763   /**
2764    * If unaligned and aligned sequences share the same dataset sequences, then
2765    * simply copies the aligned sequences to the unaligned sequences and returns
2766    * true; else returns false
2767    * 
2768    * @param unaligned
2769    *          - sequences to be aligned based on aligned
2770    * @param aligned
2771    *          - 'guide' alignment containing sequences derived from same dataset
2772    *          as unaligned
2773    * @return
2774    */
2775   static boolean alignAsSameSequences(AlignmentI unaligned,
2776           AlignmentI aligned)
2777   {
2778     if (aligned.getDataset() == null || unaligned.getDataset() == null)
2779     {
2780       return false; // should only pass alignments with datasets here
2781     }
2782
2783     // map from dataset sequence to alignment sequence(s)
2784     Map<SequenceI, List<SequenceI>> alignedDatasets = new HashMap<SequenceI, List<SequenceI>>();
2785     for (SequenceI seq : aligned.getSequences())
2786     {
2787       SequenceI ds = seq.getDatasetSequence();
2788       if (alignedDatasets.get(ds) == null)
2789       {
2790         alignedDatasets.put(ds, new ArrayList<SequenceI>());
2791       }
2792       alignedDatasets.get(ds).add(seq);
2793     }
2794
2795     /*
2796      * first pass - check whether all sequences to be aligned share a dataset
2797      * sequence with an aligned sequence
2798      */
2799     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2800     {
2801       if (!alignedDatasets.containsKey(seq.getDatasetSequence()))
2802       {
2803         return false;
2804       }
2805     }
2806
2807     /*
2808      * second pass - copy aligned sequences;
2809      * heuristic rule: pair off sequences in order for the case where 
2810      * more than one shares the same dataset sequence 
2811      */
2812     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2813     {
2814       List<SequenceI> alignedSequences = alignedDatasets.get(seq
2815               .getDatasetSequence());
2816       // TODO: getSequenceAsString() will be deprecated in the future
2817       // TODO: need to leave to SequenceI implementor to update gaps
2818       seq.setSequence(alignedSequences.get(0).getSequenceAsString());
2819       if (alignedSequences.size() > 0)
2820       {
2821         // pop off aligned sequences (except the last one)
2822         alignedSequences.remove(0);
2823       }
2824     }
2825
2826     return true;
2827   }
2828
2829   /**
2830    * Returns a map whose key is alignment column number (base 1), and whose
2831    * values are a map of sequence characters in that column.
2832    * 
2833    * @param unaligned
2834    * @param aligned
2835    * @param unmapped
2836    * @return
2837    */
2838   static Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> buildMappedColumnsMap(
2839           AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned, List<SequenceI> unmapped)
2840   {
2841     /*
2842      * Map will hold, for each aligned column position, a map of
2843      * {unalignedSequence, characterPerSequence} at that position.
2844      * TreeMap keeps the entries in ascending column order. 
2845      */
2846     Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> map = new TreeMap<Integer, Map<SequenceI, Character>>();
2847
2848     /*
2849      * record any sequences that have no mapping so can't be realigned
2850      */
2851     unmapped.addAll(unaligned.getSequences());
2852
2853     List<AlignedCodonFrame> mappings = aligned.getCodonFrames();
2854
2855     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2856     {
2857       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
2858       {
2859         SequenceI fromSeq = mapping.findAlignedSequence(seq, aligned);
2860         if (fromSeq != null)
2861         {
2862           Mapping seqMap = mapping.getMappingBetween(fromSeq, seq);
2863           if (addMappedPositions(seq, fromSeq, seqMap, map))
2864           {
2865             unmapped.remove(seq);
2866           }
2867         }
2868       }
2869     }
2870     return map;
2871   }
2872
2873   /**
2874    * Helper method that adds to a map the mapped column positions of a sequence. <br>
2875    * For example if aaTT-Tg-gAAA is mapped to TTTAAA then the map should record
2876    * that columns 3,4,6,10,11,12 map to characters T,T,T,A,A,A of the mapped to
2877    * sequence.
2878    * 
2879    * @param seq
2880    *          the sequence whose column positions we are recording
2881    * @param fromSeq
2882    *          a sequence that is mapped to the first sequence
2883    * @param seqMap
2884    *          the mapping from 'fromSeq' to 'seq'
2885    * @param map
2886    *          a map to add the column positions (in fromSeq) of the mapped
2887    *          positions of seq
2888    * @return
2889    */
2890   static boolean addMappedPositions(SequenceI seq, SequenceI fromSeq,
2891           Mapping seqMap, Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> map)
2892   {
2893     if (seqMap == null)
2894     {
2895       return false;
2896     }
2897
2898     /*
2899      * invert mapping if it is from unaligned to aligned sequence
2900      */
2901     if (seqMap.getTo() == fromSeq.getDatasetSequence())
2902     {
2903       seqMap = new Mapping(seq.getDatasetSequence(), seqMap.getMap()
2904               .getInverse());
2905     }
2906
2907     char[] fromChars = fromSeq.getSequence();
2908     int toStart = seq.getStart();
2909     char[] toChars = seq.getSequence();
2910
2911     /*
2912      * traverse [start, end, start, end...] ranges in fromSeq
2913      */
2914     for (int[] fromRange : seqMap.getMap().getFromRanges())
2915     {
2916       for (int i = 0; i < fromRange.length - 1; i += 2)
2917       {
2918         boolean forward = fromRange[i + 1] >= fromRange[i];
2919
2920         /*
2921          * find the range mapped to (sequence positions base 1)
2922          */
2923         int[] range = seqMap.locateMappedRange(fromRange[i],
2924                 fromRange[i + 1]);
2925         if (range == null)
2926         {
2927           System.err.println("Error in mapping " + seqMap + " from "
2928                   + fromSeq.getName());
2929           return false;
2930         }
2931         int fromCol = fromSeq.findIndex(fromRange[i]);
2932         int mappedCharPos = range[0];
2933
2934         /*
2935          * walk over the 'from' aligned sequence in forward or reverse
2936          * direction; when a non-gap is found, record the column position
2937          * of the next character of the mapped-to sequence; stop when all
2938          * the characters of the range have been counted
2939          */
2940         while (mappedCharPos <= range[1] && fromCol <= fromChars.length
2941                 && fromCol >= 0)
2942         {
2943           if (!Comparison.isGap(fromChars[fromCol - 1]))
2944           {
2945             /*
2946              * mapped from sequence has a character in this column
2947              * record the column position for the mapped to character
2948              */
2949             Map<SequenceI, Character> seqsMap = map.get(fromCol);
2950             if (seqsMap == null)
2951             {
2952               seqsMap = new HashMap<SequenceI, Character>();
2953               map.put(fromCol, seqsMap);
2954             }
2955             seqsMap.put(seq, toChars[mappedCharPos - toStart]);
2956             mappedCharPos++;
2957           }
2958           fromCol += (forward ? 1 : -1);
2959         }
2960       }
2961     }
2962     return true;
2963   }
2964
2965   // strictly temporary hack until proper criteria for aligning protein to cds
2966   // are in place; this is so Ensembl -> fetch xrefs Uniprot aligns the Uniprot
2967   public static boolean looksLikeEnsembl(AlignmentI alignment)
2968   {
2969     for (SequenceI seq : alignment.getSequences())
2970     {
2971       String name = seq.getName();
2972       if (!name.startsWith("ENSG") && !name.startsWith("ENST"))
2973       {
2974         return false;
2975       }
2976     }
2977     return true;
2978   }
2979 }