JAL-2738 update spikes/mungo
[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.GeneLociI;
33 import jalview.datamodel.IncompleteCodonException;
34 import jalview.datamodel.Mapping;
35 import jalview.datamodel.Sequence;
36 import jalview.datamodel.SequenceFeature;
37 import jalview.datamodel.SequenceGroup;
38 import jalview.datamodel.SequenceI;
39 import jalview.datamodel.features.SequenceFeatures;
40 import jalview.io.gff.Gff3Helper;
41 import jalview.io.gff.SequenceOntologyI;
42 import jalview.schemes.ResidueProperties;
43 import jalview.util.Comparison;
44 import jalview.util.DBRefUtils;
45 import jalview.util.IntRangeComparator;
46 import jalview.util.MapList;
47 import jalview.util.MappingUtils;
48 import jalview.util.StringUtils;
49
50 import java.io.UnsupportedEncodingException;
51 import java.net.URLEncoder;
52 import java.util.ArrayList;
53 import java.util.Arrays;
54 import java.util.Collection;
55 import java.util.Collections;
56 import java.util.HashMap;
57 import java.util.HashSet;
58 import java.util.Iterator;
59 import java.util.LinkedHashMap;
60 import java.util.List;
61 import java.util.Map;
62 import java.util.Map.Entry;
63 import java.util.NoSuchElementException;
64 import java.util.Set;
65 import java.util.SortedMap;
66 import java.util.TreeMap;
67
68 /**
69  * grab bag of useful alignment manipulation operations Expect these to be
70  * refactored elsewhere at some point.
71  * 
72  * @author jimp
73  * 
74  */
75 public class AlignmentUtils
76 {
77
78   private static final int CODON_LENGTH = 3;
79
80   private static final String SEQUENCE_VARIANT = "sequence_variant:";
81
82   private static final String ID = "ID";
83
84   /**
85    * A data model to hold the 'normal' base value at a position, and an optional
86    * sequence variant feature
87    */
88   static final class DnaVariant
89   {
90     final String base;
91
92     SequenceFeature variant;
93
94     DnaVariant(String nuc)
95     {
96       base = nuc;
97       variant = null;
98     }
99
100     DnaVariant(String nuc, SequenceFeature var)
101     {
102       base = nuc;
103       variant = var;
104     }
105
106     public String getSource()
107     {
108       return variant == null ? null : variant.getFeatureGroup();
109     }
110
111     /**
112      * toString for aid in the debugger only
113      */
114     @Override
115     public String toString()
116     {
117       return base + ":" + (variant == null ? "" : variant.getDescription());
118     }
119   }
120
121   /**
122    * given an existing alignment, create a new alignment including all, or up to
123    * flankSize additional symbols from each sequence's dataset sequence
124    * 
125    * @param core
126    * @param flankSize
127    * @return AlignmentI
128    */
129   public static AlignmentI expandContext(AlignmentI core, int flankSize)
130   {
131     List<SequenceI> sq = new ArrayList<SequenceI>();
132     int maxoffset = 0;
133     for (SequenceI s : core.getSequences())
134     {
135       SequenceI newSeq = s.deriveSequence();
136       final int newSeqStart = newSeq.getStart() - 1;
137       if (newSeqStart > maxoffset
138               && newSeq.getDatasetSequence().getStart() < s.getStart())
139       {
140         maxoffset = newSeqStart;
141       }
142       sq.add(newSeq);
143     }
144     if (flankSize > -1)
145     {
146       maxoffset = Math.min(maxoffset, flankSize);
147     }
148
149     /*
150      * now add offset left and right to create an expanded alignment
151      */
152     for (SequenceI s : sq)
153     {
154       SequenceI ds = s;
155       while (ds.getDatasetSequence() != null)
156       {
157         ds = ds.getDatasetSequence();
158       }
159       int s_end = s.findPosition(s.getStart() + s.getLength());
160       // find available flanking residues for sequence
161       int ustream_ds = s.getStart() - ds.getStart();
162       int dstream_ds = ds.getEnd() - s_end;
163
164       // build new flanked sequence
165
166       // compute gap padding to start of flanking sequence
167       int offset = maxoffset - ustream_ds;
168
169       // padding is gapChar x ( maxoffset - min(ustream_ds, flank)
170       if (flankSize >= 0)
171       {
172         if (flankSize < ustream_ds)
173         {
174           // take up to flankSize residues
175           offset = maxoffset - flankSize;
176           ustream_ds = flankSize;
177         }
178         if (flankSize <= dstream_ds)
179         {
180           dstream_ds = flankSize - 1;
181         }
182       }
183       // TODO use Character.toLowerCase to avoid creating String objects?
184       char[] upstream = new String(ds
185               .getSequence(s.getStart() - 1 - ustream_ds, s.getStart() - 1))
186                       .toLowerCase().toCharArray();
187       char[] downstream = new String(
188               ds.getSequence(s_end - 1, s_end + dstream_ds)).toLowerCase()
189                       .toCharArray();
190       char[] coreseq = s.getSequence();
191       char[] nseq = new char[offset + upstream.length + downstream.length
192               + coreseq.length];
193       char c = core.getGapCharacter();
194
195       int p = 0;
196       for (; p < offset; p++)
197       {
198         nseq[p] = c;
199       }
200
201       System.arraycopy(upstream, 0, nseq, p, upstream.length);
202       System.arraycopy(coreseq, 0, nseq, p + upstream.length,
203               coreseq.length);
204       System.arraycopy(downstream, 0, nseq,
205               p + coreseq.length + upstream.length, downstream.length);
206       s.setSequence(new String(nseq));
207       s.setStart(s.getStart() - ustream_ds);
208       s.setEnd(s_end + downstream.length);
209     }
210     AlignmentI newAl = new jalview.datamodel.Alignment(
211             sq.toArray(new SequenceI[0]));
212     for (SequenceI s : sq)
213     {
214       if (s.getAnnotation() != null)
215       {
216         for (AlignmentAnnotation aa : s.getAnnotation())
217         {
218           aa.adjustForAlignment(); // JAL-1712 fix
219           newAl.addAnnotation(aa);
220         }
221       }
222     }
223     newAl.setDataset(core.getDataset());
224     return newAl;
225   }
226
227   /**
228    * Returns the index (zero-based position) of a sequence in an alignment, or
229    * -1 if not found.
230    * 
231    * @param al
232    * @param seq
233    * @return
234    */
235   public static int getSequenceIndex(AlignmentI al, SequenceI seq)
236   {
237     int result = -1;
238     int pos = 0;
239     for (SequenceI alSeq : al.getSequences())
240     {
241       if (alSeq == seq)
242       {
243         result = pos;
244         break;
245       }
246       pos++;
247     }
248     return result;
249   }
250
251   /**
252    * Returns a map of lists of sequences in the alignment, keyed by sequence
253    * name. For use in mapping between different alignment views of the same
254    * sequences.
255    * 
256    * @see jalview.datamodel.AlignmentI#getSequencesByName()
257    */
258   public static Map<String, List<SequenceI>> getSequencesByName(
259           AlignmentI al)
260   {
261     Map<String, List<SequenceI>> theMap = new LinkedHashMap<String, List<SequenceI>>();
262     for (SequenceI seq : al.getSequences())
263     {
264       String name = seq.getName();
265       if (name != null)
266       {
267         List<SequenceI> seqs = theMap.get(name);
268         if (seqs == null)
269         {
270           seqs = new ArrayList<SequenceI>();
271           theMap.put(name, seqs);
272         }
273         seqs.add(seq);
274       }
275     }
276     return theMap;
277   }
278
279   /**
280    * Build mapping of protein to cDNA alignment. Mappings are made between
281    * sequences where the cDNA translates to the protein sequence. Any new
282    * mappings are added to the protein alignment. Returns true if any mappings
283    * either already exist or were added, else false.
284    * 
285    * @param proteinAlignment
286    * @param cdnaAlignment
287    * @return
288    */
289   public static boolean mapProteinAlignmentToCdna(
290           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment)
291   {
292     if (proteinAlignment == null || cdnaAlignment == null)
293     {
294       return false;
295     }
296
297     Set<SequenceI> mappedDna = new HashSet<SequenceI>();
298     Set<SequenceI> mappedProtein = new HashSet<SequenceI>();
299
300     /*
301      * First pass - map sequences where cross-references exist. This include
302      * 1-to-many mappings to support, for example, variant cDNA.
303      */
304     boolean mappingPerformed = mapProteinToCdna(proteinAlignment,
305             cdnaAlignment, mappedDna, mappedProtein, true);
306
307     /*
308      * Second pass - map sequences where no cross-references exist. This only
309      * does 1-to-1 mappings and assumes corresponding sequences are in the same
310      * order in the alignments.
311      */
312     mappingPerformed |= mapProteinToCdna(proteinAlignment, cdnaAlignment,
313             mappedDna, mappedProtein, false);
314     return mappingPerformed;
315   }
316
317   /**
318    * Make mappings between compatible sequences (where the cDNA translation
319    * matches the protein).
320    * 
321    * @param proteinAlignment
322    * @param cdnaAlignment
323    * @param mappedDna
324    *          a set of mapped DNA sequences (to add to)
325    * @param mappedProtein
326    *          a set of mapped Protein sequences (to add to)
327    * @param xrefsOnly
328    *          if true, only map sequences where xrefs exist
329    * @return
330    */
331   protected static boolean mapProteinToCdna(
332           final AlignmentI proteinAlignment, final AlignmentI cdnaAlignment,
333           Set<SequenceI> mappedDna, Set<SequenceI> mappedProtein,
334           boolean xrefsOnly)
335   {
336     boolean mappingExistsOrAdded = false;
337     List<SequenceI> thisSeqs = proteinAlignment.getSequences();
338     for (SequenceI aaSeq : thisSeqs)
339     {
340       boolean proteinMapped = false;
341       AlignedCodonFrame acf = new AlignedCodonFrame();
342
343       for (SequenceI cdnaSeq : cdnaAlignment.getSequences())
344       {
345         /*
346          * Always try to map if sequences have xref to each other; this supports
347          * variant cDNA or alternative splicing for a protein sequence.
348          * 
349          * If no xrefs, try to map progressively, assuming that alignments have
350          * mappable sequences in corresponding order. These are not
351          * many-to-many, as that would risk mixing species with similar cDNA
352          * sequences.
353          */
354         if (xrefsOnly && !AlignmentUtils.haveCrossRef(aaSeq, cdnaSeq))
355         {
356           continue;
357         }
358
359         /*
360          * Don't map non-xrefd sequences more than once each. This heuristic
361          * allows us to pair up similar sequences in ordered alignments.
362          */
363         if (!xrefsOnly && (mappedProtein.contains(aaSeq)
364                 || mappedDna.contains(cdnaSeq)))
365         {
366           continue;
367         }
368         if (mappingExists(proteinAlignment.getCodonFrames(),
369                 aaSeq.getDatasetSequence(), cdnaSeq.getDatasetSequence()))
370         {
371           mappingExistsOrAdded = true;
372         }
373         else
374         {
375           MapList map = mapCdnaToProtein(aaSeq, cdnaSeq);
376           if (map != null)
377           {
378             acf.addMap(cdnaSeq, aaSeq, map);
379             mappingExistsOrAdded = true;
380             proteinMapped = true;
381             mappedDna.add(cdnaSeq);
382             mappedProtein.add(aaSeq);
383           }
384         }
385       }
386       if (proteinMapped)
387       {
388         proteinAlignment.addCodonFrame(acf);
389       }
390     }
391     return mappingExistsOrAdded;
392   }
393
394   /**
395    * Answers true if the mappings include one between the given (dataset)
396    * sequences.
397    */
398   protected static boolean mappingExists(List<AlignedCodonFrame> mappings,
399           SequenceI aaSeq, SequenceI cdnaSeq)
400   {
401     if (mappings != null)
402     {
403       for (AlignedCodonFrame acf : mappings)
404       {
405         if (cdnaSeq == acf.getDnaForAaSeq(aaSeq))
406         {
407           return true;
408         }
409       }
410     }
411     return false;
412   }
413
414   /**
415    * Builds a mapping (if possible) of a cDNA to a protein sequence.
416    * <ul>
417    * <li>first checks if the cdna translates exactly to the protein
418    * sequence</li>
419    * <li>else checks for translation after removing a STOP codon</li>
420    * <li>else checks for translation after removing a START codon</li>
421    * <li>if that fails, inspect CDS features on the cDNA sequence</li>
422    * </ul>
423    * Returns null if no mapping is determined.
424    * 
425    * @param proteinSeq
426    *          the aligned protein sequence
427    * @param cdnaSeq
428    *          the aligned cdna sequence
429    * @return
430    */
431   public static MapList mapCdnaToProtein(SequenceI proteinSeq,
432           SequenceI cdnaSeq)
433   {
434     /*
435      * Here we handle either dataset sequence set (desktop) or absent (applet).
436      * Use only the char[] form of the sequence to avoid creating possibly large
437      * String objects.
438      */
439     final SequenceI proteinDataset = proteinSeq.getDatasetSequence();
440     char[] aaSeqChars = proteinDataset != null
441             ? proteinDataset.getSequence()
442             : proteinSeq.getSequence();
443     final SequenceI cdnaDataset = cdnaSeq.getDatasetSequence();
444     char[] cdnaSeqChars = cdnaDataset != null ? cdnaDataset.getSequence()
445             : cdnaSeq.getSequence();
446     if (aaSeqChars == null || cdnaSeqChars == null)
447     {
448       return null;
449     }
450
451     /*
452      * cdnaStart/End, proteinStartEnd are base 1 (for dataset sequence mapping)
453      */
454     final int mappedLength = CODON_LENGTH * aaSeqChars.length;
455     int cdnaLength = cdnaSeqChars.length;
456     int cdnaStart = cdnaSeq.getStart();
457     int cdnaEnd = cdnaSeq.getEnd();
458     final int proteinStart = proteinSeq.getStart();
459     final int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
460
461     /*
462      * If lengths don't match, try ignoring stop codon (if present)
463      */
464     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2)
465     {
466       String lastCodon = String.valueOf(cdnaSeqChars,
467               cdnaLength - CODON_LENGTH, CODON_LENGTH).toUpperCase();
468       for (String stop : ResidueProperties.STOP)
469       {
470         if (lastCodon.equals(stop))
471         {
472           cdnaEnd -= CODON_LENGTH;
473           cdnaLength -= CODON_LENGTH;
474           break;
475         }
476       }
477     }
478
479     /*
480      * If lengths still don't match, try ignoring start codon.
481      */
482     int startOffset = 0;
483     if (cdnaLength != mappedLength && cdnaLength > 2
484             && String.valueOf(cdnaSeqChars, 0, CODON_LENGTH).toUpperCase()
485                     .equals(ResidueProperties.START))
486     {
487       startOffset += CODON_LENGTH;
488       cdnaStart += CODON_LENGTH;
489       cdnaLength -= CODON_LENGTH;
490     }
491
492     if (translatesAs(cdnaSeqChars, startOffset, aaSeqChars))
493     {
494       /*
495        * protein is translation of dna (+/- start/stop codons)
496        */
497       MapList map = new MapList(new int[] { cdnaStart, cdnaEnd },
498               new int[]
499               { proteinStart, proteinEnd }, CODON_LENGTH, 1);
500       return map;
501     }
502
503     /*
504      * translation failed - try mapping CDS annotated regions of dna
505      */
506     return mapCdsToProtein(cdnaSeq, proteinSeq);
507   }
508
509   /**
510    * Test whether the given cdna sequence, starting at the given offset,
511    * translates to the given amino acid sequence, using the standard translation
512    * table. Designed to fail fast i.e. as soon as a mismatch position is found.
513    * 
514    * @param cdnaSeqChars
515    * @param cdnaStart
516    * @param aaSeqChars
517    * @return
518    */
519   protected static boolean translatesAs(char[] cdnaSeqChars, int cdnaStart,
520           char[] aaSeqChars)
521   {
522     if (cdnaSeqChars == null || aaSeqChars == null)
523     {
524       return false;
525     }
526
527     int aaPos = 0;
528     int dnaPos = cdnaStart;
529     for (; dnaPos < cdnaSeqChars.length - 2
530             && aaPos < aaSeqChars.length; dnaPos += CODON_LENGTH, aaPos++)
531     {
532       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
533       final String translated = ResidueProperties.codonTranslate(codon);
534
535       /*
536        * allow * in protein to match untranslatable in dna
537        */
538       final char aaRes = aaSeqChars[aaPos];
539       if ((translated == null || "STOP".equals(translated)) && aaRes == '*')
540       {
541         continue;
542       }
543       if (translated == null || !(aaRes == translated.charAt(0)))
544       {
545         // debug
546         // System.out.println(("Mismatch at " + i + "/" + aaResidue + ": "
547         // + codon + "(" + translated + ") != " + aaRes));
548         return false;
549       }
550     }
551
552     /*
553      * check we matched all of the protein sequence
554      */
555     if (aaPos != aaSeqChars.length)
556     {
557       return false;
558     }
559
560     /*
561      * check we matched all of the dna except
562      * for optional trailing STOP codon
563      */
564     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length)
565     {
566       return true;
567     }
568     if (dnaPos == cdnaSeqChars.length - CODON_LENGTH)
569     {
570       String codon = String.valueOf(cdnaSeqChars, dnaPos, CODON_LENGTH);
571       if ("STOP".equals(ResidueProperties.codonTranslate(codon)))
572       {
573         return true;
574       }
575     }
576     return false;
577   }
578
579   /**
580    * Align sequence 'seq' to match the alignment of a mapped sequence. Note this
581    * currently assumes that we are aligning cDNA to match protein.
582    * 
583    * @param seq
584    *          the sequence to be realigned
585    * @param al
586    *          the alignment whose sequence alignment is to be 'copied'
587    * @param gap
588    *          character string represent a gap in the realigned sequence
589    * @param preserveUnmappedGaps
590    * @param preserveMappedGaps
591    * @return true if the sequence was realigned, false if it could not be
592    */
593   public static boolean alignSequenceAs(SequenceI seq, AlignmentI al,
594           String gap, boolean preserveMappedGaps,
595           boolean preserveUnmappedGaps)
596   {
597     /*
598      * Get any mappings from the source alignment to the target (dataset)
599      * sequence.
600      */
601     // TODO there may be one AlignedCodonFrame per dataset sequence, or one with
602     // all mappings. Would it help to constrain this?
603     List<AlignedCodonFrame> mappings = al.getCodonFrame(seq);
604     if (mappings == null || mappings.isEmpty())
605     {
606       return false;
607     }
608
609     /*
610      * Locate the aligned source sequence whose dataset sequence is mapped. We
611      * just take the first match here (as we can't align like more than one
612      * sequence).
613      */
614     SequenceI alignFrom = null;
615     AlignedCodonFrame mapping = null;
616     for (AlignedCodonFrame mp : mappings)
617     {
618       alignFrom = mp.findAlignedSequence(seq, al);
619       if (alignFrom != null)
620       {
621         mapping = mp;
622         break;
623       }
624     }
625
626     if (alignFrom == null)
627     {
628       return false;
629     }
630     alignSequenceAs(seq, alignFrom, mapping, gap, al.getGapCharacter(),
631             preserveMappedGaps, preserveUnmappedGaps);
632     return true;
633   }
634
635   /**
636    * Align sequence 'alignTo' the same way as 'alignFrom', using the mapping to
637    * match residues and codons. Flags control whether existing gaps in unmapped
638    * (intron) and mapped (exon) regions are preserved or not. Gaps between
639    * intron and exon are only retained if both flags are set.
640    * 
641    * @param alignTo
642    * @param alignFrom
643    * @param mapping
644    * @param myGap
645    * @param sourceGap
646    * @param preserveUnmappedGaps
647    * @param preserveMappedGaps
648    */
649   public static void alignSequenceAs(SequenceI alignTo, SequenceI alignFrom,
650           AlignedCodonFrame mapping, String myGap, char sourceGap,
651           boolean preserveMappedGaps, boolean preserveUnmappedGaps)
652   {
653     // TODO generalise to work for Protein-Protein, dna-dna, dna-protein
654
655     // aligned and dataset sequence positions, all base zero
656     int thisSeqPos = 0;
657     int sourceDsPos = 0;
658
659     int basesWritten = 0;
660     char myGapChar = myGap.charAt(0);
661     int ratio = myGap.length();
662
663     int fromOffset = alignFrom.getStart() - 1;
664     int toOffset = alignTo.getStart() - 1;
665     int sourceGapMappedLength = 0;
666     boolean inExon = false;
667     final int toLength = alignTo.getLength();
668     final int fromLength = alignFrom.getLength();
669     StringBuilder thisAligned = new StringBuilder(2 * toLength);
670
671     /*
672      * Traverse the 'model' aligned sequence
673      */
674     for (int i = 0; i < fromLength; i++)
675     {
676       char sourceChar = alignFrom.getCharAt(i);
677       if (sourceChar == sourceGap)
678       {
679         sourceGapMappedLength += ratio;
680         continue;
681       }
682
683       /*
684        * Found a non-gap character. Locate its mapped region if any.
685        */
686       sourceDsPos++;
687       // Note mapping positions are base 1, our sequence positions base 0
688       int[] mappedPos = mapping.getMappedRegion(alignTo, alignFrom,
689               sourceDsPos + fromOffset);
690       if (mappedPos == null)
691       {
692         /*
693          * unmapped position; treat like a gap
694          */
695         sourceGapMappedLength += ratio;
696         // System.err.println("Can't align: no codon mapping to residue "
697         // + sourceDsPos + "(" + sourceChar + ")");
698         // return;
699         continue;
700       }
701
702       int mappedCodonStart = mappedPos[0]; // position (1...) of codon start
703       int mappedCodonEnd = mappedPos[mappedPos.length - 1]; // codon end pos
704       StringBuilder trailingCopiedGap = new StringBuilder();
705
706       /*
707        * Copy dna sequence up to and including this codon. Optionally, include
708        * gaps before the codon starts (in introns) and/or after the codon starts
709        * (in exons).
710        * 
711        * Note this only works for 'linear' splicing, not reverse or interleaved.
712        * But then 'align dna as protein' doesn't make much sense otherwise.
713        */
714       int intronLength = 0;
715       while (basesWritten + toOffset < mappedCodonEnd
716               && thisSeqPos < toLength)
717       {
718         final char c = alignTo.getCharAt(thisSeqPos++);
719         if (c != myGapChar)
720         {
721           basesWritten++;
722           int sourcePosition = basesWritten + toOffset;
723           if (sourcePosition < mappedCodonStart)
724           {
725             /*
726              * Found an unmapped (intron) base. First add in any preceding gaps
727              * (if wanted).
728              */
729             if (preserveUnmappedGaps && trailingCopiedGap.length() > 0)
730             {
731               thisAligned.append(trailingCopiedGap.toString());
732               intronLength += trailingCopiedGap.length();
733               trailingCopiedGap = new StringBuilder();
734             }
735             intronLength++;
736             inExon = false;
737           }
738           else
739           {
740             final boolean startOfCodon = sourcePosition == mappedCodonStart;
741             int gapsToAdd = calculateGapsToInsert(preserveMappedGaps,
742                     preserveUnmappedGaps, sourceGapMappedLength, inExon,
743                     trailingCopiedGap.length(), intronLength, startOfCodon);
744             for (int k = 0; k < gapsToAdd; k++)
745             {
746               thisAligned.append(myGapChar);
747             }
748             sourceGapMappedLength = 0;
749             inExon = true;
750           }
751           thisAligned.append(c);
752           trailingCopiedGap = new StringBuilder();
753         }
754         else
755         {
756           if (inExon && preserveMappedGaps)
757           {
758             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
759           }
760           else if (!inExon && preserveUnmappedGaps)
761           {
762             trailingCopiedGap.append(myGapChar);
763           }
764         }
765       }
766     }
767
768     /*
769      * At end of model aligned sequence. Copy any remaining target sequence, optionally
770      * including (intron) gaps.
771      */
772     while (thisSeqPos < toLength)
773     {
774       final char c = alignTo.getCharAt(thisSeqPos++);
775       if (c != myGapChar || preserveUnmappedGaps)
776       {
777         thisAligned.append(c);
778       }
779       sourceGapMappedLength--;
780     }
781
782     /*
783      * finally add gaps to pad for any trailing source gaps or
784      * unmapped characters
785      */
786     if (preserveUnmappedGaps)
787     {
788       while (sourceGapMappedLength > 0)
789       {
790         thisAligned.append(myGapChar);
791         sourceGapMappedLength--;
792       }
793     }
794
795     /*
796      * All done aligning, set the aligned sequence.
797      */
798     alignTo.setSequence(new String(thisAligned));
799   }
800
801   /**
802    * Helper method to work out how many gaps to insert when realigning.
803    * 
804    * @param preserveMappedGaps
805    * @param preserveUnmappedGaps
806    * @param sourceGapMappedLength
807    * @param inExon
808    * @param trailingCopiedGap
809    * @param intronLength
810    * @param startOfCodon
811    * @return
812    */
813   protected static int calculateGapsToInsert(boolean preserveMappedGaps,
814           boolean preserveUnmappedGaps, int sourceGapMappedLength,
815           boolean inExon, int trailingGapLength, int intronLength,
816           final boolean startOfCodon)
817   {
818     int gapsToAdd = 0;
819     if (startOfCodon)
820     {
821       /*
822        * Reached start of codon. Ignore trailing gaps in intron unless we are
823        * preserving gaps in both exon and intron. Ignore them anyway if the
824        * protein alignment introduces a gap at least as large as the intronic
825        * region.
826        */
827       if (inExon && !preserveMappedGaps)
828       {
829         trailingGapLength = 0;
830       }
831       if (!inExon && !(preserveMappedGaps && preserveUnmappedGaps))
832       {
833         trailingGapLength = 0;
834       }
835       if (inExon)
836       {
837         gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
838       }
839       else
840       {
841         if (intronLength + trailingGapLength <= sourceGapMappedLength)
842         {
843           gapsToAdd = sourceGapMappedLength - intronLength;
844         }
845         else
846         {
847           gapsToAdd = Math.min(
848                   intronLength + trailingGapLength - sourceGapMappedLength,
849                   trailingGapLength);
850         }
851       }
852     }
853     else
854     {
855       /*
856        * second or third base of codon; check for any gaps in dna
857        */
858       if (!preserveMappedGaps)
859       {
860         trailingGapLength = 0;
861       }
862       gapsToAdd = Math.max(sourceGapMappedLength, trailingGapLength);
863     }
864     return gapsToAdd;
865   }
866
867   /**
868    * Realigns the given protein to match the alignment of the dna, using codon
869    * mappings to translate aligned codon positions to protein residues.
870    * 
871    * @param protein
872    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
873    * @param dna
874    *          the dna alignment whose alignment we are 'copying'
875    * @return the number of sequences that were realigned
876    */
877   public static int alignProteinAsDna(AlignmentI protein, AlignmentI dna)
878   {
879     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
880     {
881       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
882       return 0;
883     }
884     List<SequenceI> unmappedProtein = new ArrayList<SequenceI>();
885     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = buildCodonColumnsMap(
886             protein, dna, unmappedProtein);
887     return alignProteinAs(protein, alignedCodons, unmappedProtein);
888   }
889
890   /**
891    * Realigns the given dna to match the alignment of the protein, using codon
892    * mappings to translate aligned peptide positions to codons.
893    * 
894    * Always produces a padded CDS alignment.
895    * 
896    * @param dna
897    *          the alignment whose sequences are realigned by this method
898    * @param protein
899    *          the protein alignment whose alignment we are 'copying'
900    * @return the number of sequences that were realigned
901    */
902   public static int alignCdsAsProtein(AlignmentI dna, AlignmentI protein)
903   {
904     if (protein.isNucleotide() || !dna.isNucleotide())
905     {
906       System.err.println("Wrong alignment type in alignProteinAsDna");
907       return 0;
908     }
909     // todo: implement this
910     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
911     int alignedCount = 0;
912     int width = 0; // alignment width for padding CDS
913     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
914     {
915       if (alignCdsSequenceAsProtein(dnaSeq, protein, mappings,
916               dna.getGapCharacter()))
917       {
918         alignedCount++;
919       }
920       width = Math.max(dnaSeq.getLength(), width);
921     }
922     int oldwidth;
923     int diff;
924     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
925     {
926       oldwidth = dnaSeq.getLength();
927       diff = width - oldwidth;
928       if (diff > 0)
929       {
930         dnaSeq.insertCharAt(oldwidth, diff, dna.getGapCharacter());
931       }
932     }
933     return alignedCount;
934   }
935
936   /**
937    * Helper method to align (if possible) the dna sequence to match the
938    * alignment of a mapped protein sequence. This is currently limited to
939    * handling coding sequence only.
940    * 
941    * @param cdsSeq
942    * @param protein
943    * @param mappings
944    * @param gapChar
945    * @return
946    */
947   static boolean alignCdsSequenceAsProtein(SequenceI cdsSeq,
948           AlignmentI protein, List<AlignedCodonFrame> mappings,
949           char gapChar)
950   {
951     SequenceI cdsDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
952     if (cdsDss == null)
953     {
954       System.err
955               .println("alignCdsSequenceAsProtein needs aligned sequence!");
956       return false;
957     }
958
959     List<AlignedCodonFrame> dnaMappings = MappingUtils
960             .findMappingsForSequence(cdsSeq, mappings);
961     for (AlignedCodonFrame mapping : dnaMappings)
962     {
963       SequenceI peptide = mapping.findAlignedSequence(cdsSeq, protein);
964       if (peptide != null)
965       {
966         final int peptideLength = peptide.getLength();
967         Mapping map = mapping.getMappingBetween(cdsSeq, peptide);
968         if (map != null)
969         {
970           MapList mapList = map.getMap();
971           if (map.getTo() == peptide.getDatasetSequence())
972           {
973             mapList = mapList.getInverse();
974           }
975           final int cdsLength = cdsDss.getLength();
976           int mappedFromLength = MappingUtils.getLength(mapList
977                   .getFromRanges());
978           int mappedToLength = MappingUtils
979                   .getLength(mapList.getToRanges());
980           boolean addStopCodon = (cdsLength == mappedFromLength
981                   * CODON_LENGTH + CODON_LENGTH)
982                   || (peptide.getDatasetSequence()
983                           .getLength() == mappedFromLength - 1);
984           if (cdsLength != mappedToLength && !addStopCodon)
985           {
986             System.err.println(String.format(
987                     "Can't align cds as protein (length mismatch %d/%d): %s",
988                     cdsLength, mappedToLength, cdsSeq.getName()));
989           }
990
991           /*
992            * pre-fill the aligned cds sequence with gaps
993            */
994           char[] alignedCds = new char[peptideLength * CODON_LENGTH
995                   + (addStopCodon ? CODON_LENGTH : 0)];
996           Arrays.fill(alignedCds, gapChar);
997
998           /*
999            * walk over the aligned peptide sequence and insert mapped 
1000            * codons for residues in the aligned cds sequence 
1001            */
1002           int copiedBases = 0;
1003           int cdsStart = cdsDss.getStart();
1004           int proteinPos = peptide.getStart() - 1;
1005           int cdsCol = 0;
1006
1007           for (int col = 0; col < peptideLength; col++)
1008           {
1009             char residue = peptide.getCharAt(col);
1010
1011             if (Comparison.isGap(residue))
1012             {
1013               cdsCol += CODON_LENGTH;
1014             }
1015             else
1016             {
1017               proteinPos++;
1018               int[] codon = mapList.locateInTo(proteinPos, proteinPos);
1019               if (codon == null)
1020               {
1021                 // e.g. incomplete start codon, X in peptide
1022                 cdsCol += CODON_LENGTH;
1023               }
1024               else
1025               {
1026                 for (int j = codon[0]; j <= codon[1]; j++)
1027                 {
1028                   char mappedBase = cdsDss.getCharAt(j - cdsStart);
1029                   alignedCds[cdsCol++] = mappedBase;
1030                   copiedBases++;
1031                 }
1032               }
1033             }
1034           }
1035
1036           /*
1037            * append stop codon if not mapped from protein,
1038            * closing it up to the end of the mapped sequence
1039            */
1040           if (copiedBases == cdsLength - CODON_LENGTH)
1041           {
1042             for (int i = alignedCds.length - 1; i >= 0; i--)
1043             {
1044               if (!Comparison.isGap(alignedCds[i]))
1045               {
1046                 cdsCol = i + 1; // gap just after end of sequence
1047                 break;
1048               }
1049             }
1050             for (int i = cdsLength - CODON_LENGTH; i < cdsLength; i++)
1051             {
1052               alignedCds[cdsCol++] = cdsDss.getCharAt(i);
1053             }
1054           }
1055           cdsSeq.setSequence(new String(alignedCds));
1056           return true;
1057         }
1058       }
1059     }
1060     return false;
1061   }
1062
1063   /**
1064    * Builds a map whose key is an aligned codon position (3 alignment column
1065    * numbers base 0), and whose value is a map from protein sequence to each
1066    * protein's peptide residue for that codon. The map generates an ordering of
1067    * the codons, and allows us to read off the peptides at each position in
1068    * order to assemble 'aligned' protein sequences.
1069    * 
1070    * @param protein
1071    *          the protein alignment
1072    * @param dna
1073    *          the coding dna alignment
1074    * @param unmappedProtein
1075    *          any unmapped proteins are added to this list
1076    * @return
1077    */
1078   protected static Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> buildCodonColumnsMap(
1079           AlignmentI protein, AlignmentI dna,
1080           List<SequenceI> unmappedProtein)
1081   {
1082     /*
1083      * maintain a list of any proteins with no mappings - these will be
1084      * rendered 'as is' in the protein alignment as we can't align them
1085      */
1086     unmappedProtein.addAll(protein.getSequences());
1087
1088     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1089
1090     /*
1091      * Map will hold, for each aligned codon position e.g. [3, 5, 6], a map of
1092      * {dnaSequence, {proteinSequence, codonProduct}} at that position. The
1093      * comparator keeps the codon positions ordered.
1094      */
1095     Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons = new TreeMap<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>>(
1096             new CodonComparator());
1097
1098     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1099     {
1100       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1101       {
1102         SequenceI prot = mapping.findAlignedSequence(dnaSeq, protein);
1103         if (prot != null)
1104         {
1105           Mapping seqMap = mapping.getMappingForSequence(dnaSeq);
1106           addCodonPositions(dnaSeq, prot, protein.getGapCharacter(), seqMap,
1107                   alignedCodons);
1108           unmappedProtein.remove(prot);
1109         }
1110       }
1111     }
1112
1113     /*
1114      * Finally add any unmapped peptide start residues (e.g. for incomplete
1115      * codons) as if at the codon position before the second residue
1116      */
1117     // TODO resolve JAL-2022 so this fudge can be removed
1118     int mappedSequenceCount = protein.getHeight() - unmappedProtein.size();
1119     addUnmappedPeptideStarts(alignedCodons, mappedSequenceCount);
1120
1121     return alignedCodons;
1122   }
1123
1124   /**
1125    * Scans for any protein mapped from position 2 (meaning unmapped start
1126    * position e.g. an incomplete codon), and synthesizes a 'codon' for it at the
1127    * preceding position in the alignment
1128    * 
1129    * @param alignedCodons
1130    *          the codon-to-peptide map
1131    * @param mappedSequenceCount
1132    *          the number of distinct sequences in the map
1133    */
1134   protected static void addUnmappedPeptideStarts(
1135           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1136           int mappedSequenceCount)
1137   {
1138     // TODO delete this ugly hack once JAL-2022 is resolved
1139     // i.e. we can model startPhase > 0 (incomplete start codon)
1140
1141     List<SequenceI> sequencesChecked = new ArrayList<SequenceI>();
1142     AlignedCodon lastCodon = null;
1143     Map<SequenceI, AlignedCodon> toAdd = new HashMap<SequenceI, AlignedCodon>();
1144
1145     for (Entry<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> entry : alignedCodons
1146             .entrySet())
1147     {
1148       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> sequenceCodon : entry.getValue()
1149               .entrySet())
1150       {
1151         SequenceI seq = sequenceCodon.getKey();
1152         if (sequencesChecked.contains(seq))
1153         {
1154           continue;
1155         }
1156         sequencesChecked.add(seq);
1157         AlignedCodon codon = sequenceCodon.getValue();
1158         if (codon.peptideCol > 1)
1159         {
1160           System.err.println(
1161                   "Problem mapping protein with >1 unmapped start positions: "
1162                           + seq.getName());
1163         }
1164         else if (codon.peptideCol == 1)
1165         {
1166           /*
1167            * first position (peptideCol == 0) was unmapped - add it
1168            */
1169           if (lastCodon != null)
1170           {
1171             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(lastCodon.pos1,
1172                     lastCodon.pos2, lastCodon.pos3,
1173                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1174             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1175           }
1176           else
1177           {
1178             /*
1179              * unmapped residue at start of alignment (no prior column) -
1180              * 'insert' at nominal codon [0, 0, 0]
1181              */
1182             AlignedCodon firstPeptide = new AlignedCodon(0, 0, 0,
1183                     String.valueOf(seq.getCharAt(0)), 0);
1184             toAdd.put(seq, firstPeptide);
1185           }
1186         }
1187         if (sequencesChecked.size() == mappedSequenceCount)
1188         {
1189           // no need to check past first mapped position in all sequences
1190           break;
1191         }
1192       }
1193       lastCodon = entry.getKey();
1194     }
1195
1196     /*
1197      * add any new codons safely after iterating over the map
1198      */
1199     for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> startCodon : toAdd.entrySet())
1200     {
1201       addCodonToMap(alignedCodons, startCodon.getValue(),
1202               startCodon.getKey());
1203     }
1204   }
1205
1206   /**
1207    * Update the aligned protein sequences to match the codon alignments given in
1208    * the map.
1209    * 
1210    * @param protein
1211    * @param alignedCodons
1212    *          an ordered map of codon positions (columns), with sequence/peptide
1213    *          values present in each column
1214    * @param unmappedProtein
1215    * @return
1216    */
1217   protected static int alignProteinAs(AlignmentI protein,
1218           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1219           List<SequenceI> unmappedProtein)
1220   {
1221     /*
1222      * prefill peptide sequences with gaps 
1223      */
1224     int alignedWidth = alignedCodons.size();
1225     char[] gaps = new char[alignedWidth];
1226     Arrays.fill(gaps, protein.getGapCharacter());
1227     Map<SequenceI, char[]> peptides = new HashMap<>();
1228     for (SequenceI seq : protein.getSequences())
1229     {
1230       if (!unmappedProtein.contains(seq))
1231       {
1232         peptides.put(seq, Arrays.copyOf(gaps, gaps.length));
1233       }
1234     }
1235
1236     /*
1237      * Traverse the codons left to right (as defined by CodonComparator)
1238      * and insert peptides in each column where the sequence is mapped.
1239      * This gives a peptide 'alignment' where residues are aligned if their
1240      * corresponding codons occupy the same columns in the cdna alignment.
1241      */
1242     int column = 0;
1243     for (AlignedCodon codon : alignedCodons.keySet())
1244     {
1245       final Map<SequenceI, AlignedCodon> columnResidues = alignedCodons
1246               .get(codon);
1247       for (Entry<SequenceI, AlignedCodon> entry : columnResidues.entrySet())
1248       {
1249         char residue = entry.getValue().product.charAt(0);
1250         peptides.get(entry.getKey())[column] = residue;
1251       }
1252       column++;
1253     }
1254
1255     /*
1256      * and finally set the constructed sequences
1257      */
1258     for (Entry<SequenceI, char[]> entry : peptides.entrySet())
1259     {
1260       entry.getKey().setSequence(new String(entry.getValue()));
1261     }
1262
1263     return 0;
1264   }
1265
1266   /**
1267    * Populate the map of aligned codons by traversing the given sequence
1268    * mapping, locating the aligned positions of mapped codons, and adding those
1269    * positions and their translation products to the map.
1270    * 
1271    * @param dna
1272    *          the aligned sequence we are mapping from
1273    * @param protein
1274    *          the sequence to be aligned to the codons
1275    * @param gapChar
1276    *          the gap character in the dna sequence
1277    * @param seqMap
1278    *          a mapping to a sequence translation
1279    * @param alignedCodons
1280    *          the map we are building up
1281    */
1282   static void addCodonPositions(SequenceI dna, SequenceI protein,
1283           char gapChar, Mapping seqMap,
1284           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons)
1285   {
1286     Iterator<AlignedCodon> codons = seqMap.getCodonIterator(dna, gapChar);
1287
1288     /*
1289      * add codon positions, and their peptide translations, to the alignment
1290      * map, while remembering the first codon mapped
1291      */
1292     while (codons.hasNext())
1293     {
1294       try
1295       {
1296         AlignedCodon codon = codons.next();
1297         addCodonToMap(alignedCodons, codon, protein);
1298       } catch (IncompleteCodonException e)
1299       {
1300         // possible incomplete trailing codon - ignore
1301       } catch (NoSuchElementException e)
1302       {
1303         // possibly peptide lacking STOP
1304       }
1305     }
1306   }
1307
1308   /**
1309    * Helper method to add a codon-to-peptide entry to the aligned codons map
1310    * 
1311    * @param alignedCodons
1312    * @param codon
1313    * @param protein
1314    */
1315   protected static void addCodonToMap(
1316           Map<AlignedCodon, Map<SequenceI, AlignedCodon>> alignedCodons,
1317           AlignedCodon codon, SequenceI protein)
1318   {
1319     Map<SequenceI, AlignedCodon> seqProduct = alignedCodons.get(codon);
1320     if (seqProduct == null)
1321     {
1322       seqProduct = new HashMap<SequenceI, AlignedCodon>();
1323       alignedCodons.put(codon, seqProduct);
1324     }
1325     seqProduct.put(protein, codon);
1326   }
1327
1328   /**
1329    * Returns true if a cDNA/Protein mapping either exists, or could be made,
1330    * between at least one pair of sequences in the two alignments. Currently,
1331    * the logic is:
1332    * <ul>
1333    * <li>One alignment must be nucleotide, and the other protein</li>
1334    * <li>At least one pair of sequences must be already mapped, or mappable</li>
1335    * <li>Mappable means the nucleotide translation matches the protein
1336    * sequence</li>
1337    * <li>The translation may ignore start and stop codons if present in the
1338    * nucleotide</li>
1339    * </ul>
1340    * 
1341    * @param al1
1342    * @param al2
1343    * @return
1344    */
1345   public static boolean isMappable(AlignmentI al1, AlignmentI al2)
1346   {
1347     if (al1 == null || al2 == null)
1348     {
1349       return false;
1350     }
1351
1352     /*
1353      * Require one nucleotide and one protein
1354      */
1355     if (al1.isNucleotide() == al2.isNucleotide())
1356     {
1357       return false;
1358     }
1359     AlignmentI dna = al1.isNucleotide() ? al1 : al2;
1360     AlignmentI protein = dna == al1 ? al2 : al1;
1361     List<AlignedCodonFrame> mappings = protein.getCodonFrames();
1362     for (SequenceI dnaSeq : dna.getSequences())
1363     {
1364       for (SequenceI proteinSeq : protein.getSequences())
1365       {
1366         if (isMappable(dnaSeq, proteinSeq, mappings))
1367         {
1368           return true;
1369         }
1370       }
1371     }
1372     return false;
1373   }
1374
1375   /**
1376    * Returns true if the dna sequence is mapped, or could be mapped, to the
1377    * protein sequence.
1378    * 
1379    * @param dnaSeq
1380    * @param proteinSeq
1381    * @param mappings
1382    * @return
1383    */
1384   protected static boolean isMappable(SequenceI dnaSeq,
1385           SequenceI proteinSeq, List<AlignedCodonFrame> mappings)
1386   {
1387     if (dnaSeq == null || proteinSeq == null)
1388     {
1389       return false;
1390     }
1391
1392     SequenceI dnaDs = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1393             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1394     SequenceI proteinDs = proteinSeq.getDatasetSequence() == null
1395             ? proteinSeq
1396             : proteinSeq.getDatasetSequence();
1397
1398     for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
1399     {
1400       if (proteinDs == mapping.getAaForDnaSeq(dnaDs))
1401       {
1402         /*
1403          * already mapped
1404          */
1405         return true;
1406       }
1407     }
1408
1409     /*
1410      * Just try to make a mapping (it is not yet stored), test whether
1411      * successful.
1412      */
1413     return mapCdnaToProtein(proteinDs, dnaDs) != null;
1414   }
1415
1416   /**
1417    * Finds any reference annotations associated with the sequences in
1418    * sequenceScope, that are not already added to the alignment, and adds them
1419    * to the 'candidates' map. Also populates a lookup table of annotation
1420    * labels, keyed by calcId, for use in constructing tooltips or the like.
1421    * 
1422    * @param sequenceScope
1423    *          the sequences to scan for reference annotations
1424    * @param labelForCalcId
1425    *          (optional) map to populate with label for calcId
1426    * @param candidates
1427    *          map to populate with annotations for sequence
1428    * @param al
1429    *          the alignment to check for presence of annotations
1430    */
1431   public static void findAddableReferenceAnnotations(
1432           List<SequenceI> sequenceScope, Map<String, String> labelForCalcId,
1433           final Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> candidates,
1434           AlignmentI al)
1435   {
1436     if (sequenceScope == null)
1437     {
1438       return;
1439     }
1440
1441     /*
1442      * For each sequence in scope, make a list of any annotations on the
1443      * underlying dataset sequence which are not already on the alignment.
1444      * 
1445      * Add to a map of { alignmentSequence, <List of annotations to add> }
1446      */
1447     for (SequenceI seq : sequenceScope)
1448     {
1449       SequenceI dataset = seq.getDatasetSequence();
1450       if (dataset == null)
1451       {
1452         continue;
1453       }
1454       AlignmentAnnotation[] datasetAnnotations = dataset.getAnnotation();
1455       if (datasetAnnotations == null)
1456       {
1457         continue;
1458       }
1459       final List<AlignmentAnnotation> result = new ArrayList<AlignmentAnnotation>();
1460       for (AlignmentAnnotation dsann : datasetAnnotations)
1461       {
1462         /*
1463          * Find matching annotations on the alignment. If none is found, then
1464          * add this annotation to the list of 'addable' annotations for this
1465          * sequence.
1466          */
1467         final Iterable<AlignmentAnnotation> matchedAlignmentAnnotations = al
1468                 .findAnnotations(seq, dsann.getCalcId(), dsann.label);
1469         if (!matchedAlignmentAnnotations.iterator().hasNext())
1470         {
1471           result.add(dsann);
1472           if (labelForCalcId != null)
1473           {
1474             labelForCalcId.put(dsann.getCalcId(), dsann.label);
1475           }
1476         }
1477       }
1478       /*
1479        * Save any addable annotations for this sequence
1480        */
1481       if (!result.isEmpty())
1482       {
1483         candidates.put(seq, result);
1484       }
1485     }
1486   }
1487
1488   /**
1489    * Adds annotations to the top of the alignment annotations, in the same order
1490    * as their related sequences.
1491    * 
1492    * @param annotations
1493    *          the annotations to add
1494    * @param alignment
1495    *          the alignment to add them to
1496    * @param selectionGroup
1497    *          current selection group (or null if none)
1498    */
1499   public static void addReferenceAnnotations(
1500           Map<SequenceI, List<AlignmentAnnotation>> annotations,
1501           final AlignmentI alignment, final SequenceGroup selectionGroup)
1502   {
1503     for (SequenceI seq : annotations.keySet())
1504     {
1505       for (AlignmentAnnotation ann : annotations.get(seq))
1506       {
1507         AlignmentAnnotation copyAnn = new AlignmentAnnotation(ann);
1508         int startRes = 0;
1509         int endRes = ann.annotations.length;
1510         if (selectionGroup != null)
1511         {
1512           startRes = selectionGroup.getStartRes();
1513           endRes = selectionGroup.getEndRes();
1514         }
1515         copyAnn.restrict(startRes, endRes);
1516
1517         /*
1518          * Add to the sequence (sets copyAnn.datasetSequence), unless the
1519          * original annotation is already on the sequence.
1520          */
1521         if (!seq.hasAnnotation(ann))
1522         {
1523           seq.addAlignmentAnnotation(copyAnn);
1524         }
1525         // adjust for gaps
1526         copyAnn.adjustForAlignment();
1527         // add to the alignment and set visible
1528         alignment.addAnnotation(copyAnn);
1529         copyAnn.visible = true;
1530       }
1531     }
1532   }
1533
1534   /**
1535    * Set visibility of alignment annotations of specified types (labels), for
1536    * specified sequences. This supports controls like "Show all secondary
1537    * structure", "Hide all Temp factor", etc.
1538    * 
1539    * @al the alignment to scan for annotations
1540    * @param types
1541    *          the types (labels) of annotations to be updated
1542    * @param forSequences
1543    *          if not null, only annotations linked to one of these sequences are
1544    *          in scope for update; if null, acts on all sequence annotations
1545    * @param anyType
1546    *          if this flag is true, 'types' is ignored (label not checked)
1547    * @param doShow
1548    *          if true, set visibility on, else set off
1549    */
1550   public static void showOrHideSequenceAnnotations(AlignmentI al,
1551           Collection<String> types, List<SequenceI> forSequences,
1552           boolean anyType, boolean doShow)
1553   {
1554     AlignmentAnnotation[] anns = al.getAlignmentAnnotation();
1555     if (anns != null)
1556     {
1557       for (AlignmentAnnotation aa : anns)
1558       {
1559         if (anyType || types.contains(aa.label))
1560         {
1561           if ((aa.sequenceRef != null) && (forSequences == null
1562                   || forSequences.contains(aa.sequenceRef)))
1563           {
1564             aa.visible = doShow;
1565           }
1566         }
1567       }
1568     }
1569   }
1570
1571   /**
1572    * Returns true if either sequence has a cross-reference to the other
1573    * 
1574    * @param seq1
1575    * @param seq2
1576    * @return
1577    */
1578   public static boolean haveCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1579   {
1580     // Note: moved here from class CrossRef as the latter class has dependencies
1581     // not availability to the applet's classpath
1582     return hasCrossRef(seq1, seq2) || hasCrossRef(seq2, seq1);
1583   }
1584
1585   /**
1586    * Returns true if seq1 has a cross-reference to seq2. Currently this assumes
1587    * that sequence name is structured as Source|AccessionId.
1588    * 
1589    * @param seq1
1590    * @param seq2
1591    * @return
1592    */
1593   public static boolean hasCrossRef(SequenceI seq1, SequenceI seq2)
1594   {
1595     if (seq1 == null || seq2 == null)
1596     {
1597       return false;
1598     }
1599     String name = seq2.getName();
1600     final DBRefEntry[] xrefs = seq1.getDBRefs();
1601     if (xrefs != null)
1602     {
1603       for (DBRefEntry xref : xrefs)
1604       {
1605         String xrefName = xref.getSource() + "|" + xref.getAccessionId();
1606         // case-insensitive test, consistent with DBRefEntry.equalRef()
1607         if (xrefName.equalsIgnoreCase(name))
1608         {
1609           return true;
1610         }
1611       }
1612     }
1613     return false;
1614   }
1615
1616   /**
1617    * Constructs an alignment consisting of the mapped (CDS) regions in the given
1618    * nucleotide sequences, and updates mappings to match. The CDS sequences are
1619    * added to the original alignment's dataset, which is shared by the new
1620    * alignment. Mappings from nucleotide to CDS, and from CDS to protein, are
1621    * added to the alignment dataset.
1622    * 
1623    * @param dna
1624    *          aligned nucleotide (dna or cds) sequences
1625    * @param dataset
1626    *          the alignment dataset the sequences belong to
1627    * @param products
1628    *          (optional) to restrict results to CDS that map to specified
1629    *          protein products
1630    * @return an alignment whose sequences are the cds-only parts of the dna
1631    *         sequences (or null if no mappings are found)
1632    */
1633   public static AlignmentI makeCdsAlignment(SequenceI[] dna,
1634           AlignmentI dataset, SequenceI[] products)
1635   {
1636     if (dataset == null || dataset.getDataset() != null)
1637     {
1638       throw new IllegalArgumentException(
1639               "IMPLEMENTATION ERROR: dataset.getDataset() must be null!");
1640     }
1641     List<SequenceI> foundSeqs = new ArrayList<SequenceI>();
1642     List<SequenceI> cdsSeqs = new ArrayList<SequenceI>();
1643     List<AlignedCodonFrame> mappings = dataset.getCodonFrames();
1644     HashSet<SequenceI> productSeqs = null;
1645     if (products != null)
1646     {
1647       productSeqs = new HashSet<SequenceI>();
1648       for (SequenceI seq : products)
1649       {
1650         productSeqs.add(seq.getDatasetSequence() == null ? seq : seq
1651                 .getDatasetSequence());
1652       }
1653     }
1654
1655     /*
1656      * Construct CDS sequences from mappings on the alignment dataset.
1657      * The logic is:
1658      * - find the protein product(s) mapped to from each dna sequence
1659      * - if the mapping covers the whole dna sequence (give or take start/stop
1660      *   codon), take the dna as the CDS sequence
1661      * - else search dataset mappings for a suitable dna sequence, i.e. one
1662      *   whose whole sequence is mapped to the protein 
1663      * - if no sequence found, construct one from the dna sequence and mapping
1664      *   (and add it to dataset so it is found if this is repeated)
1665      */
1666     for (SequenceI dnaSeq : dna)
1667     {
1668       SequenceI dnaDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1669               : dnaSeq.getDatasetSequence();
1670
1671       List<AlignedCodonFrame> seqMappings = MappingUtils
1672               .findMappingsForSequence(dnaSeq, mappings);
1673       for (AlignedCodonFrame mapping : seqMappings)
1674       {
1675         List<Mapping> mappingsFromSequence = mapping
1676                 .getMappingsFromSequence(dnaSeq);
1677
1678         for (Mapping aMapping : mappingsFromSequence)
1679         {
1680           MapList mapList = aMapping.getMap();
1681           if (mapList.getFromRatio() == 1)
1682           {
1683             /*
1684              * not a dna-to-protein mapping (likely dna-to-cds)
1685              */
1686             continue;
1687           }
1688
1689           /*
1690            * skip if mapping is not to one of the target set of proteins
1691            */
1692           SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1693           if (productSeqs != null && !productSeqs.contains(proteinProduct))
1694           {
1695             continue;
1696           }
1697
1698           /*
1699            * try to locate the CDS from the dataset mappings;
1700            * guard against duplicate results (for the case that protein has
1701            * dbrefs to both dna and cds sequences)
1702            */
1703           SequenceI cdsSeq = findCdsForProtein(mappings, dnaSeq,
1704                   seqMappings, aMapping);
1705           if (cdsSeq != null)
1706           {
1707             if (!foundSeqs.contains(cdsSeq))
1708             {
1709               foundSeqs.add(cdsSeq);
1710               SequenceI derivedSequence = cdsSeq.deriveSequence();
1711               cdsSeqs.add(derivedSequence);
1712               if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeq))
1713               {
1714                 dataset.addSequence(cdsSeq);
1715               }
1716             }
1717             continue;
1718           }
1719
1720           /*
1721            * didn't find mapped CDS sequence - construct it and add
1722            * its dataset sequence to the dataset
1723            */
1724           cdsSeq = makeCdsSequence(dnaSeq.getDatasetSequence(), aMapping,
1725                   dataset).deriveSequence();
1726           // cdsSeq has a name constructed as CDS|<dbref>
1727           // <dbref> will be either the accession for the coding sequence,
1728           // marked in the /via/ dbref to the protein product accession
1729           // or it will be the original nucleotide accession.
1730           SequenceI cdsSeqDss = cdsSeq.getDatasetSequence();
1731
1732           cdsSeqs.add(cdsSeq);
1733
1734           if (!dataset.getSequences().contains(cdsSeqDss))
1735           {
1736             // check if this sequence is a newly created one
1737             // so needs adding to the dataset
1738             dataset.addSequence(cdsSeqDss);
1739           }
1740
1741           /*
1742            * add a mapping from CDS to the (unchanged) mapped to range
1743            */
1744           List<int[]> cdsRange = Collections.singletonList(new int[] { 1,
1745               cdsSeq.getLength() });
1746           MapList cdsToProteinMap = new MapList(cdsRange,
1747                   mapList.getToRanges(), mapList.getFromRatio(),
1748                   mapList.getToRatio());
1749           AlignedCodonFrame cdsToProteinMapping = new AlignedCodonFrame();
1750           cdsToProteinMapping.addMap(cdsSeqDss, proteinProduct,
1751                   cdsToProteinMap);
1752
1753           /*
1754            * guard against duplicating the mapping if repeating this action
1755            */
1756           if (!mappings.contains(cdsToProteinMapping))
1757           {
1758             mappings.add(cdsToProteinMapping);
1759           }
1760
1761           propagateDBRefsToCDS(cdsSeqDss, dnaSeq.getDatasetSequence(),
1762                   proteinProduct, aMapping);
1763           /*
1764            * add another mapping from original 'from' range to CDS
1765            */
1766           AlignedCodonFrame dnaToCdsMapping = new AlignedCodonFrame();
1767           final MapList dnaToCdsMap = new MapList(mapList.getFromRanges(),
1768                   cdsRange, 1, 1);
1769           dnaToCdsMapping.addMap(dnaSeq.getDatasetSequence(), cdsSeqDss,
1770                   dnaToCdsMap);
1771           if (!mappings.contains(dnaToCdsMapping))
1772           {
1773             mappings.add(dnaToCdsMapping);
1774           }
1775
1776           /*
1777            * transfer dna chromosomal loci (if known) to the CDS
1778            * sequence (via the mapping)
1779            */
1780           final MapList cdsToDnaMap = dnaToCdsMap.getInverse();
1781           transferGeneLoci(dnaSeq, cdsToDnaMap, cdsSeq);
1782
1783           /*
1784            * add DBRef with mapping from protein to CDS
1785            * (this enables Get Cross-References from protein alignment)
1786            * This is tricky because we can't have two DBRefs with the
1787            * same source and accession, so need a different accession for
1788            * the CDS from the dna sequence
1789            */
1790
1791           // specific use case:
1792           // Genomic contig ENSCHR:1, contains coding regions for ENSG01,
1793           // ENSG02, ENSG03, with transcripts and products similarly named.
1794           // cannot add distinct dbrefs mapping location on ENSCHR:1 to ENSG01
1795
1796           // JBPNote: ?? can't actually create an example that demonstrates we
1797           // need to
1798           // synthesize an xref.
1799
1800           for (DBRefEntry primRef : dnaDss.getPrimaryDBRefs())
1801           {
1802             /*
1803              * create a cross-reference from CDS to the source sequence's
1804              * primary reference and vice versa
1805              */
1806             String source = primRef.getSource();
1807             String version = primRef.getVersion();
1808             DBRefEntry cdsCrossRef = new DBRefEntry(source, source + ":"
1809                     + version, primRef.getAccessionId());
1810             cdsCrossRef.setMap(new Mapping(dnaDss, new MapList(cdsToDnaMap)));
1811             cdsSeqDss.addDBRef(cdsCrossRef);
1812
1813             dnaSeq.addDBRef(new DBRefEntry(source, version, cdsSeq
1814                     .getName(), new Mapping(cdsSeqDss, dnaToCdsMap)));
1815
1816             // problem here is that the cross-reference is synthesized -
1817             // cdsSeq.getName() may be like 'CDS|dnaaccession' or
1818             // 'CDS|emblcdsacc'
1819             // assuming cds version same as dna ?!?
1820
1821             DBRefEntry proteinToCdsRef = new DBRefEntry(source, version,
1822                     cdsSeq.getName());
1823             //
1824             proteinToCdsRef.setMap(new Mapping(cdsSeqDss, cdsToProteinMap
1825                     .getInverse()));
1826             proteinProduct.addDBRef(proteinToCdsRef);
1827           }
1828
1829           /*
1830            * transfer any features on dna that overlap the CDS
1831            */
1832           transferFeatures(dnaSeq, cdsSeq, dnaToCdsMap, null,
1833                   SequenceOntologyI.CDS);
1834         }
1835       }
1836     }
1837
1838     AlignmentI cds = new Alignment(cdsSeqs.toArray(new SequenceI[cdsSeqs
1839             .size()]));
1840     cds.setDataset(dataset);
1841
1842     return cds;
1843   }
1844
1845   /**
1846    * Tries to transfer gene loci (dbref to chromosome positions) from fromSeq to
1847    * toSeq, mediated by the given mapping between the sequences
1848    * 
1849    * @param fromSeq
1850    * @param targetToFrom
1851    *          Map
1852    * @param targetSeq
1853    */
1854   protected static void transferGeneLoci(SequenceI fromSeq,
1855           MapList targetToFrom, SequenceI targetSeq)
1856   {
1857     if (targetSeq.getGeneLoci() != null)
1858     {
1859       // already have - don't override
1860       return;
1861     }
1862     GeneLociI fromLoci = fromSeq.getGeneLoci();
1863     if (fromLoci == null)
1864     {
1865       return;
1866     }
1867
1868     MapList newMap = targetToFrom.traverse(fromLoci.getMap());
1869
1870     if (newMap != null)
1871     {
1872       targetSeq.setGeneLoci(fromLoci.getSpeciesId(),
1873               fromLoci.getAssemblyId(), fromLoci.getChromosomeId(), newMap);
1874     }
1875   }
1876
1877   /**
1878    * A helper method that finds a CDS sequence in the alignment dataset that is
1879    * mapped to the given protein sequence, and either is, or has a mapping from,
1880    * the given dna sequence.
1881    * 
1882    * @param mappings
1883    *          set of all mappings on the dataset
1884    * @param dnaSeq
1885    *          a dna (or cds) sequence we are searching from
1886    * @param seqMappings
1887    *          the set of mappings involving dnaSeq
1888    * @param aMapping
1889    *          an initial candidate from seqMappings
1890    * @return
1891    */
1892   static SequenceI findCdsForProtein(List<AlignedCodonFrame> mappings,
1893           SequenceI dnaSeq, List<AlignedCodonFrame> seqMappings,
1894           Mapping aMapping)
1895   {
1896     /*
1897      * TODO a better dna-cds-protein mapping data representation to allow easy
1898      * navigation; until then this clunky looping around lists of mappings
1899      */
1900     SequenceI seqDss = dnaSeq.getDatasetSequence() == null ? dnaSeq
1901             : dnaSeq.getDatasetSequence();
1902     SequenceI proteinProduct = aMapping.getTo();
1903
1904     /*
1905      * is this mapping from the whole dna sequence (i.e. CDS)?
1906      * allowing for possible stop codon on dna but not peptide
1907      */
1908     int mappedFromLength = MappingUtils
1909             .getLength(aMapping.getMap().getFromRanges());
1910     int dnaLength = seqDss.getLength();
1911     if (mappedFromLength == dnaLength
1912             || mappedFromLength == dnaLength - CODON_LENGTH)
1913     {
1914       return seqDss;
1915     }
1916
1917     /*
1918      * looks like we found the dna-to-protein mapping; search for the
1919      * corresponding cds-to-protein mapping
1920      */
1921     List<AlignedCodonFrame> mappingsToPeptide = MappingUtils
1922             .findMappingsForSequence(proteinProduct, mappings);
1923     for (AlignedCodonFrame acf : mappingsToPeptide)
1924     {
1925       for (SequenceToSequenceMapping map : acf.getMappings())
1926       {
1927         Mapping mapping = map.getMapping();
1928         if (mapping != aMapping
1929                 && mapping.getMap().getFromRatio() == CODON_LENGTH
1930                 && proteinProduct == mapping.getTo()
1931                 && seqDss != map.getFromSeq())
1932         {
1933           mappedFromLength = MappingUtils
1934                   .getLength(mapping.getMap().getFromRanges());
1935           if (mappedFromLength == map.getFromSeq().getLength())
1936           {
1937             /*
1938             * found a 3:1 mapping to the protein product which covers
1939             * the whole dna sequence i.e. is from CDS; finally check it
1940             * is from the dna start sequence
1941             */
1942             SequenceI cdsSeq = map.getFromSeq();
1943             List<AlignedCodonFrame> dnaToCdsMaps = MappingUtils
1944                     .findMappingsForSequence(cdsSeq, seqMappings);
1945             if (!dnaToCdsMaps.isEmpty())
1946             {
1947               return cdsSeq;
1948             }
1949           }
1950         }
1951       }
1952     }
1953     return null;
1954   }
1955
1956   /**
1957    * Helper method that makes a CDS sequence as defined by the mappings from the
1958    * given sequence i.e. extracts the 'mapped from' ranges (which may be on
1959    * forward or reverse strand).
1960    * 
1961    * @param seq
1962    * @param mapping
1963    * @param dataset
1964    *          - existing dataset. We check for sequences that look like the CDS
1965    *          we are about to construct, if one exists already, then we will
1966    *          just return that one.
1967    * @return CDS sequence (as a dataset sequence)
1968    */
1969   static SequenceI makeCdsSequence(SequenceI seq, Mapping mapping,
1970           AlignmentI dataset)
1971   {
1972     char[] seqChars = seq.getSequence();
1973     List<int[]> fromRanges = mapping.getMap().getFromRanges();
1974     int cdsWidth = MappingUtils.getLength(fromRanges);
1975     char[] newSeqChars = new char[cdsWidth];
1976
1977     int newPos = 0;
1978     for (int[] range : fromRanges)
1979     {
1980       if (range[0] <= range[1])
1981       {
1982         // forward strand mapping - just copy the range
1983         int length = range[1] - range[0] + 1;
1984         System.arraycopy(seqChars, range[0] - 1, newSeqChars, newPos,
1985                 length);
1986         newPos += length;
1987       }
1988       else
1989       {
1990         // reverse strand mapping - copy and complement one by one
1991         for (int i = range[0]; i >= range[1]; i--)
1992         {
1993           newSeqChars[newPos++] = Dna.getComplement(seqChars[i - 1]);
1994         }
1995       }
1996     }
1997
1998     /*
1999      * assign 'from id' held in the mapping if set (e.g. EMBL protein_id),
2000      * else generate a sequence name
2001      */
2002     String mapFromId = mapping.getMappedFromId();
2003     String seqId = "CDS|" + (mapFromId != null ? mapFromId : seq.getName());
2004     SequenceI newSeq = new Sequence(seqId, newSeqChars, 1, newPos);
2005     if (dataset != null)
2006     {
2007       SequenceI[] matches = dataset.findSequenceMatch(newSeq.getName());
2008       if (matches != null)
2009       {
2010         boolean matched = false;
2011         for (SequenceI mtch : matches)
2012         {
2013           if (mtch.getStart() != newSeq.getStart())
2014           {
2015             continue;
2016           }
2017           if (mtch.getEnd() != newSeq.getEnd())
2018           {
2019             continue;
2020           }
2021           if (!Arrays.equals(mtch.getSequence(), newSeq.getSequence()))
2022           {
2023             continue;
2024           }
2025           if (!matched)
2026           {
2027             matched = true;
2028             newSeq = mtch;
2029           }
2030           else
2031           {
2032             System.err.println(
2033                     "JAL-2154 regression: warning - found (and ignnored a duplicate CDS sequence):"
2034                             + mtch.toString());
2035           }
2036         }
2037       }
2038     }
2039     // newSeq.setDescription(mapFromId);
2040
2041     return newSeq;
2042   }
2043
2044   /**
2045    * Adds any DBRefEntrys to cdsSeq from contig that have a Mapping congruent to
2046    * the given mapping.
2047    * 
2048    * @param cdsSeq
2049    * @param contig
2050    * @param proteinProduct
2051    * @param mapping
2052    * @return list of DBRefEntrys added
2053    */
2054   protected static List<DBRefEntry> propagateDBRefsToCDS(SequenceI cdsSeq,
2055           SequenceI contig, SequenceI proteinProduct, Mapping mapping)
2056   {
2057     // gather direct refs from contig congruent with mapping
2058     List<DBRefEntry> direct = new ArrayList<DBRefEntry>();
2059     HashSet<String> directSources = new HashSet<String>();
2060     if (contig.getDBRefs() != null)
2061     {
2062       for (DBRefEntry dbr : contig.getDBRefs())
2063       {
2064         if (dbr.hasMap() && dbr.getMap().getMap().isTripletMap())
2065         {
2066           MapList map = dbr.getMap().getMap();
2067           // check if map is the CDS mapping
2068           if (mapping.getMap().equals(map))
2069           {
2070             direct.add(dbr);
2071             directSources.add(dbr.getSource());
2072           }
2073         }
2074       }
2075     }
2076     DBRefEntry[] onSource = DBRefUtils.selectRefs(
2077             proteinProduct.getDBRefs(),
2078             directSources.toArray(new String[0]));
2079     List<DBRefEntry> propagated = new ArrayList<DBRefEntry>();
2080
2081     // and generate appropriate mappings
2082     for (DBRefEntry cdsref : direct)
2083     {
2084       // clone maplist and mapping
2085       MapList cdsposmap = new MapList(
2086               Arrays.asList(new int[][]
2087               { new int[] { cdsSeq.getStart(), cdsSeq.getEnd() } }),
2088               cdsref.getMap().getMap().getToRanges(), 3, 1);
2089       Mapping cdsmap = new Mapping(cdsref.getMap().getTo(),
2090               cdsref.getMap().getMap());
2091
2092       // create dbref
2093       DBRefEntry newref = new DBRefEntry(cdsref.getSource(),
2094               cdsref.getVersion(), cdsref.getAccessionId(),
2095               new Mapping(cdsmap.getTo(), cdsposmap));
2096
2097       // and see if we can map to the protein product for this mapping.
2098       // onSource is the filtered set of accessions on protein that we are
2099       // tranferring, so we assume accession is the same.
2100       if (cdsmap.getTo() == null && onSource != null)
2101       {
2102         List<DBRefEntry> sourceRefs = DBRefUtils.searchRefs(onSource,
2103                 cdsref.getAccessionId());
2104         if (sourceRefs != null)
2105         {
2106           for (DBRefEntry srcref : sourceRefs)
2107           {
2108             if (srcref.getSource().equalsIgnoreCase(cdsref.getSource()))
2109             {
2110               // we have found a complementary dbref on the protein product, so
2111               // update mapping's getTo
2112               newref.getMap().setTo(proteinProduct);
2113             }
2114           }
2115         }
2116       }
2117       cdsSeq.addDBRef(newref);
2118       propagated.add(newref);
2119     }
2120     return propagated;
2121   }
2122
2123   /**
2124    * Transfers co-located features on 'fromSeq' to 'toSeq', adjusting the
2125    * feature start/end ranges, optionally omitting specified feature types.
2126    * Returns the number of features copied.
2127    * 
2128    * @param fromSeq
2129    * @param toSeq
2130    * @param mapping
2131    *          the mapping from 'fromSeq' to 'toSeq'
2132    * @param select
2133    *          if not null, only features of this type are copied (including
2134    *          subtypes in the Sequence Ontology)
2135    * @param omitting
2136    */
2137   protected static int transferFeatures(SequenceI fromSeq, SequenceI toSeq,
2138           MapList mapping, String select, String... omitting)
2139   {
2140     SequenceI copyTo = toSeq;
2141     while (copyTo.getDatasetSequence() != null)
2142     {
2143       copyTo = copyTo.getDatasetSequence();
2144     }
2145
2146     /*
2147      * get features, optionally restricted by an ontology term
2148      */
2149     List<SequenceFeature> sfs = select == null ? fromSeq.getFeatures()
2150             .getPositionalFeatures() : fromSeq.getFeatures()
2151             .getFeaturesByOntology(select);
2152
2153     int count = 0;
2154     for (SequenceFeature sf : sfs)
2155     {
2156       String type = sf.getType();
2157       boolean omit = false;
2158       for (String toOmit : omitting)
2159       {
2160         if (type.equals(toOmit))
2161         {
2162           omit = true;
2163         }
2164       }
2165       if (omit)
2166       {
2167         continue;
2168       }
2169
2170       /*
2171        * locate the mapped range - null if either start or end is
2172        * not mapped (no partial overlaps are calculated)
2173        */
2174       int start = sf.getBegin();
2175       int end = sf.getEnd();
2176       int[] mappedTo = mapping.locateInTo(start, end);
2177       /*
2178        * if whole exon range doesn't map, try interpreting it
2179        * as 5' or 3' exon overlapping the CDS range
2180        */
2181       if (mappedTo == null)
2182       {
2183         mappedTo = mapping.locateInTo(end, end);
2184         if (mappedTo != null)
2185         {
2186           /*
2187            * end of exon is in CDS range - 5' overlap
2188            * to a range from the start of the peptide
2189            */
2190           mappedTo[0] = 1;
2191         }
2192       }
2193       if (mappedTo == null)
2194       {
2195         mappedTo = mapping.locateInTo(start, start);
2196         if (mappedTo != null)
2197         {
2198           /*
2199            * start of exon is in CDS range - 3' overlap
2200            * to a range up to the end of the peptide
2201            */
2202           mappedTo[1] = toSeq.getLength();
2203         }
2204       }
2205       if (mappedTo != null)
2206       {
2207         int newBegin = Math.min(mappedTo[0], mappedTo[1]);
2208         int newEnd = Math.max(mappedTo[0], mappedTo[1]);
2209         SequenceFeature copy = new SequenceFeature(sf, newBegin, newEnd,
2210                 sf.getFeatureGroup(), sf.getScore());
2211         copyTo.addSequenceFeature(copy);
2212         count++;
2213       }
2214     }
2215     return count;
2216   }
2217
2218   /**
2219    * Returns a mapping from dna to protein by inspecting sequence features of
2220    * type "CDS" on the dna.
2221    * 
2222    * @param dnaSeq
2223    * @param proteinSeq
2224    * @return
2225    */
2226   public static MapList mapCdsToProtein(SequenceI dnaSeq,
2227           SequenceI proteinSeq)
2228   {
2229     List<int[]> ranges = findCdsPositions(dnaSeq);
2230     int mappedDnaLength = MappingUtils.getLength(ranges);
2231
2232     int proteinLength = proteinSeq.getLength();
2233     int proteinStart = proteinSeq.getStart();
2234     int proteinEnd = proteinSeq.getEnd();
2235
2236     /*
2237      * incomplete start codon may mean X at start of peptide
2238      * we ignore both for mapping purposes
2239      */
2240     if (proteinSeq.getCharAt(0) == 'X')
2241     {
2242       // todo JAL-2022 support startPhase > 0
2243       proteinStart++;
2244       proteinLength--;
2245     }
2246     List<int[]> proteinRange = new ArrayList<int[]>();
2247
2248     /*
2249      * dna length should map to protein (or protein plus stop codon)
2250      */
2251     int codesForResidues = mappedDnaLength / CODON_LENGTH;
2252     if (codesForResidues == (proteinLength + 1))
2253     {
2254       // assuming extra codon is for STOP and not in peptide
2255       codesForResidues--;
2256     }
2257     if (codesForResidues == proteinLength)
2258     {
2259       proteinRange.add(new int[] { proteinStart, proteinEnd });
2260       return new MapList(ranges, proteinRange, CODON_LENGTH, 1);
2261     }
2262     return null;
2263   }
2264
2265   /**
2266    * Returns a list of CDS ranges found (as sequence positions base 1), i.e. of
2267    * start/end positions of sequence features of type "CDS" (or a sub-type of
2268    * CDS in the Sequence Ontology). The ranges are sorted into ascending start
2269    * position order, so this method is only valid for linear CDS in the same
2270    * sense as the protein product.
2271    * 
2272    * @param dnaSeq
2273    * @return
2274    */
2275   protected static List<int[]> findCdsPositions(SequenceI dnaSeq)
2276   {
2277     List<int[]> result = new ArrayList<int[]>();
2278
2279     List<SequenceFeature> sfs = dnaSeq.getFeatures().getFeaturesByOntology(
2280             SequenceOntologyI.CDS);
2281     if (sfs.isEmpty())
2282     {
2283       return result;
2284     }
2285     SequenceFeatures.sortFeatures(sfs, true);
2286     int startPhase = 0;
2287
2288     for (SequenceFeature sf : sfs)
2289     {
2290       int phase = 0;
2291       try
2292       {
2293         phase = Integer.parseInt(sf.getPhase());
2294       } catch (NumberFormatException e)
2295       {
2296         // ignore
2297       }
2298       /*
2299        * phase > 0 on first codon means 5' incomplete - skip to the start
2300        * of the next codon; example ENST00000496384
2301        */
2302       int begin = sf.getBegin();
2303       int end = sf.getEnd();
2304       if (result.isEmpty())
2305       {
2306         begin += phase;
2307         if (begin > end)
2308         {
2309           // shouldn't happen!
2310           System.err
2311                   .println("Error: start phase extends beyond start CDS in "
2312                           + dnaSeq.getName());
2313         }
2314       }
2315       result.add(new int[] { begin, end });
2316     }
2317
2318     /*
2319      * remove 'startPhase' positions (usually 0) from the first range 
2320      * so we begin at the start of a complete codon
2321      */
2322     if (!result.isEmpty())
2323     {
2324       // TODO JAL-2022 correctly model start phase > 0
2325       result.get(0)[0] += startPhase;
2326     }
2327
2328     /*
2329      * Finally sort ranges by start position. This avoids a dependency on 
2330      * keeping features in order on the sequence (if they are in order anyway,
2331      * the sort will have almost no work to do). The implicit assumption is CDS
2332      * ranges are assembled in order. Other cases should not use this method,
2333      * but instead construct an explicit mapping for CDS (e.g. EMBL parsing).
2334      */
2335     Collections.sort(result, IntRangeComparator.ASCENDING);
2336     return result;
2337   }
2338
2339   /**
2340    * Maps exon features from dna to protein, and computes variants in peptide
2341    * product generated by variants in dna, and adds them as sequence_variant
2342    * features on the protein sequence. Returns the number of variant features
2343    * added.
2344    * 
2345    * @param dnaSeq
2346    * @param peptide
2347    * @param dnaToProtein
2348    */
2349   public static int computeProteinFeatures(SequenceI dnaSeq,
2350           SequenceI peptide, MapList dnaToProtein)
2351   {
2352     while (dnaSeq.getDatasetSequence() != null)
2353     {
2354       dnaSeq = dnaSeq.getDatasetSequence();
2355     }
2356     while (peptide.getDatasetSequence() != null)
2357     {
2358       peptide = peptide.getDatasetSequence();
2359     }
2360
2361     transferFeatures(dnaSeq, peptide, dnaToProtein, SequenceOntologyI.EXON);
2362
2363     /*
2364      * compute protein variants from dna variants and codon mappings;
2365      * NB - alternatively we could retrieve this using the REST service e.g.
2366      * http://rest.ensembl.org/overlap/translation
2367      * /ENSP00000288602?feature=transcript_variation;content-type=text/xml
2368      * which would be a bit slower but possibly more reliable
2369      */
2370
2371     /*
2372      * build a map with codon variations for each potentially varying peptide
2373      */
2374     LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]> variants = buildDnaVariantsMap(
2375             dnaSeq, dnaToProtein);
2376
2377     /*
2378      * scan codon variations, compute peptide variants and add to peptide sequence
2379      */
2380     int count = 0;
2381     for (Entry<Integer, List<DnaVariant>[]> variant : variants.entrySet())
2382     {
2383       int peptidePos = variant.getKey();
2384       List<DnaVariant>[] codonVariants = variant.getValue();
2385       count += computePeptideVariants(peptide, peptidePos, codonVariants);
2386     }
2387
2388     return count;
2389   }
2390
2391   /**
2392    * Computes non-synonymous peptide variants from codon variants and adds them
2393    * as sequence_variant features on the protein sequence (one feature per
2394    * allele variant). Selected attributes (variant id, clinical significance)
2395    * are copied over to the new features.
2396    * 
2397    * @param peptide
2398    *          the protein sequence
2399    * @param peptidePos
2400    *          the position to compute peptide variants for
2401    * @param codonVariants
2402    *          a list of dna variants per codon position
2403    * @return the number of features added
2404    */
2405   static int computePeptideVariants(SequenceI peptide, int peptidePos,
2406           List<DnaVariant>[] codonVariants)
2407   {
2408     String residue = String.valueOf(peptide.getCharAt(peptidePos - 1));
2409     int count = 0;
2410     String base1 = codonVariants[0].get(0).base;
2411     String base2 = codonVariants[1].get(0).base;
2412     String base3 = codonVariants[2].get(0).base;
2413
2414     /*
2415      * variants in first codon base
2416      */
2417     for (DnaVariant var : codonVariants[0])
2418     {
2419       if (var.variant != null)
2420       {
2421         String alleles = (String) var.variant.getValue(Gff3Helper.ALLELES);
2422         if (alleles != null)
2423         {
2424           for (String base : alleles.split(","))
2425           {
2426             String codon = base + base2 + base3;
2427             if (addPeptideVariant(peptide, peptidePos, residue, var, codon))
2428             {
2429               count++;
2430             }
2431           }
2432         }
2433       }
2434     }
2435
2436     /*
2437      * variants in second codon base
2438      */
2439     for (DnaVariant var : codonVariants[1])
2440     {
2441       if (var.variant != null)
2442       {
2443         String alleles = (String) var.variant.getValue(Gff3Helper.ALLELES);
2444         if (alleles != null)
2445         {
2446           for (String base : alleles.split(","))
2447           {
2448             String codon = base1 + base + base3;
2449             if (addPeptideVariant(peptide, peptidePos, residue, var, codon))
2450             {
2451               count++;
2452             }
2453           }
2454         }
2455       }
2456     }
2457
2458     /*
2459      * variants in third codon base
2460      */
2461     for (DnaVariant var : codonVariants[2])
2462     {
2463       if (var.variant != null)
2464       {
2465         String alleles = (String) var.variant.getValue(Gff3Helper.ALLELES);
2466         if (alleles != null)
2467         {
2468           for (String base : alleles.split(","))
2469           {
2470             String codon = base1 + base2 + base;
2471             if (addPeptideVariant(peptide, peptidePos, residue, var, codon))
2472             {
2473               count++;
2474             }
2475           }
2476         }
2477       }
2478     }
2479
2480     return count;
2481   }
2482
2483   /**
2484    * Helper method that adds a peptide variant feature, provided the given codon
2485    * translates to a value different to the current residue (is a non-synonymous
2486    * variant). ID and clinical_significance attributes of the dna variant (if
2487    * present) are copied to the new feature.
2488    * 
2489    * @param peptide
2490    * @param peptidePos
2491    * @param residue
2492    * @param var
2493    * @param codon
2494    * @return true if a feature was added, else false
2495    */
2496   static boolean addPeptideVariant(SequenceI peptide, int peptidePos,
2497           String residue, DnaVariant var, String codon)
2498   {
2499     /*
2500      * get peptide translation of codon e.g. GAT -> D
2501      * note that variants which are not single alleles,
2502      * e.g. multibase variants or HGMD_MUTATION etc
2503      * are currently ignored here
2504      */
2505     String trans = codon.contains("-") ? "-"
2506             : (codon.length() > CODON_LENGTH ? null
2507                     : ResidueProperties.codonTranslate(codon));
2508     if (trans != null && !trans.equals(residue))
2509     {
2510       String residue3Char = StringUtils
2511               .toSentenceCase(ResidueProperties.aa2Triplet.get(residue));
2512       String trans3Char = StringUtils
2513               .toSentenceCase(ResidueProperties.aa2Triplet.get(trans));
2514       String desc = "p." + residue3Char + peptidePos + trans3Char;
2515       SequenceFeature sf = new SequenceFeature(
2516               SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT, desc, peptidePos,
2517               peptidePos, var.getSource());
2518       StringBuilder attributes = new StringBuilder(32);
2519       String id = (String) var.variant.getValue(ID);
2520       if (id != null)
2521       {
2522         if (id.startsWith(SEQUENCE_VARIANT))
2523         {
2524           id = id.substring(SEQUENCE_VARIANT.length());
2525         }
2526         sf.setValue(ID, id);
2527         attributes.append(ID).append("=").append(id);
2528         // TODO handle other species variants JAL-2064
2529         StringBuilder link = new StringBuilder(32);
2530         try
2531         {
2532           link.append(desc).append(" ").append(id).append(
2533                   "|http://www.ensembl.org/Homo_sapiens/Variation/Summary?v=")
2534                   .append(URLEncoder.encode(id, "UTF-8"));
2535           sf.addLink(link.toString());
2536         } catch (UnsupportedEncodingException e)
2537         {
2538           // as if
2539         }
2540       }
2541       String clinSig = (String) var.variant.getValue(CLINICAL_SIGNIFICANCE);
2542       if (clinSig != null)
2543       {
2544         sf.setValue(CLINICAL_SIGNIFICANCE, clinSig);
2545         attributes.append(";").append(CLINICAL_SIGNIFICANCE).append("=")
2546                 .append(clinSig);
2547       }
2548       peptide.addSequenceFeature(sf);
2549       if (attributes.length() > 0)
2550       {
2551         sf.setAttributes(attributes.toString());
2552       }
2553       return true;
2554     }
2555     return false;
2556   }
2557
2558   /**
2559    * Builds a map whose key is position in the protein sequence, and value is a
2560    * list of the base and all variants for each corresponding codon position.
2561    * <p>
2562    * This depends on dna variants being held as a comma-separated list as
2563    * property "alleles" on variant features.
2564    * 
2565    * @param dnaSeq
2566    * @param dnaToProtein
2567    * @return
2568    */
2569   @SuppressWarnings("unchecked")
2570   static LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]> buildDnaVariantsMap(
2571           SequenceI dnaSeq, MapList dnaToProtein)
2572   {
2573     /*
2574      * map from peptide position to all variants of the codon which codes for it
2575      * LinkedHashMap ensures we keep the peptide features in sequence order
2576      */
2577     LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]> variants = new LinkedHashMap<Integer, List<DnaVariant>[]>();
2578
2579     List<SequenceFeature> dnaFeatures = dnaSeq.getFeatures()
2580             .getFeaturesByOntology(SequenceOntologyI.SEQUENCE_VARIANT);
2581     if (dnaFeatures.isEmpty())
2582     {
2583       return variants;
2584     }
2585
2586     int dnaStart = dnaSeq.getStart();
2587     int[] lastCodon = null;
2588     int lastPeptidePostion = 0;
2589
2590     /*
2591      * build a map of codon variations for peptides
2592      */
2593     for (SequenceFeature sf : dnaFeatures)
2594     {
2595       int dnaCol = sf.getBegin();
2596       if (dnaCol != sf.getEnd())
2597       {
2598         // not handling multi-locus variant features
2599         continue;
2600       }
2601
2602       /*
2603        * ignore variant if not a SNP
2604        */
2605       String alls = (String) sf.getValue(Gff3Helper.ALLELES);
2606       if (alls == null)
2607       {
2608         continue; // non-SNP VCF variant perhaps - can't process this
2609       }
2610
2611       String[] alleles = alls.toUpperCase().split(",");
2612       boolean isSnp = true;
2613       for (String allele : alleles)
2614       {
2615         if (allele.trim().length() > 1)
2616         {
2617           isSnp = false;
2618         }
2619       }
2620       if (!isSnp)
2621       {
2622         continue;
2623       }
2624
2625       int[] mapsTo = dnaToProtein.locateInTo(dnaCol, dnaCol);
2626       if (mapsTo == null)
2627       {
2628         // feature doesn't lie within coding region
2629         continue;
2630       }
2631       int peptidePosition = mapsTo[0];
2632       List<DnaVariant>[] codonVariants = variants.get(peptidePosition);
2633       if (codonVariants == null)
2634       {
2635         codonVariants = new ArrayList[CODON_LENGTH];
2636         codonVariants[0] = new ArrayList<DnaVariant>();
2637         codonVariants[1] = new ArrayList<DnaVariant>();
2638         codonVariants[2] = new ArrayList<DnaVariant>();
2639         variants.put(peptidePosition, codonVariants);
2640       }
2641
2642       /*
2643        * get this peptide's codon positions e.g. [3, 4, 5] or [4, 7, 10]
2644        */
2645       int[] codon = peptidePosition == lastPeptidePostion ? lastCodon
2646               : MappingUtils.flattenRanges(dnaToProtein.locateInFrom(
2647                       peptidePosition, peptidePosition));
2648       lastPeptidePostion = peptidePosition;
2649       lastCodon = codon;
2650
2651       /*
2652        * save nucleotide (and any variant) for each codon position
2653        */
2654       for (int codonPos = 0; codonPos < CODON_LENGTH; codonPos++)
2655       {
2656         String nucleotide = String.valueOf(
2657                 dnaSeq.getCharAt(codon[codonPos] - dnaStart)).toUpperCase();
2658         List<DnaVariant> codonVariant = codonVariants[codonPos];
2659         if (codon[codonPos] == dnaCol)
2660         {
2661           if (!codonVariant.isEmpty()
2662                   && codonVariant.get(0).variant == null)
2663           {
2664             /*
2665              * already recorded base value, add this variant
2666              */
2667             codonVariant.get(0).variant = sf;
2668           }
2669           else
2670           {
2671             /*
2672              * add variant with base value
2673              */
2674             codonVariant.add(new DnaVariant(nucleotide, sf));
2675           }
2676         }
2677         else if (codonVariant.isEmpty())
2678         {
2679           /*
2680            * record (possibly non-varying) base value
2681            */
2682           codonVariant.add(new DnaVariant(nucleotide));
2683         }
2684       }
2685     }
2686     return variants;
2687   }
2688
2689   /**
2690    * Makes an alignment with a copy of the given sequences, adding in any
2691    * non-redundant sequences which are mapped to by the cross-referenced
2692    * sequences.
2693    * 
2694    * @param seqs
2695    * @param xrefs
2696    * @param dataset
2697    *          the alignment dataset shared by the new copy
2698    * @return
2699    */
2700   public static AlignmentI makeCopyAlignment(SequenceI[] seqs,
2701           SequenceI[] xrefs, AlignmentI dataset)
2702   {
2703     AlignmentI copy = new Alignment(new Alignment(seqs));
2704     copy.setDataset(dataset);
2705     boolean isProtein = !copy.isNucleotide();
2706     SequenceIdMatcher matcher = new SequenceIdMatcher(seqs);
2707     if (xrefs != null)
2708     {
2709       for (SequenceI xref : xrefs)
2710       {
2711         DBRefEntry[] dbrefs = xref.getDBRefs();
2712         if (dbrefs != null)
2713         {
2714           for (DBRefEntry dbref : dbrefs)
2715           {
2716             if (dbref.getMap() == null || dbref.getMap().getTo() == null
2717                     || dbref.getMap().getTo().isProtein() != isProtein)
2718             {
2719               continue;
2720             }
2721             SequenceI mappedTo = dbref.getMap().getTo();
2722             SequenceI match = matcher.findIdMatch(mappedTo);
2723             if (match == null)
2724             {
2725               matcher.add(mappedTo);
2726               copy.addSequence(mappedTo);
2727             }
2728           }
2729         }
2730       }
2731     }
2732     return copy;
2733   }
2734
2735   /**
2736    * Try to align sequences in 'unaligned' to match the alignment of their
2737    * mapped regions in 'aligned'. For example, could use this to align CDS
2738    * sequences which are mapped to their parent cDNA sequences.
2739    * 
2740    * This method handles 1:1 mappings (dna-to-dna or protein-to-protein). For
2741    * dna-to-protein or protein-to-dna use alternative methods.
2742    * 
2743    * @param unaligned
2744    *          sequences to be aligned
2745    * @param aligned
2746    *          holds aligned sequences and their mappings
2747    * @return
2748    */
2749   public static int alignAs(AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned)
2750   {
2751     /*
2752      * easy case - aligning a copy of aligned sequences
2753      */
2754     if (alignAsSameSequences(unaligned, aligned))
2755     {
2756       return unaligned.getHeight();
2757     }
2758
2759     /*
2760      * fancy case - aligning via mappings between sequences
2761      */
2762     List<SequenceI> unmapped = new ArrayList<SequenceI>();
2763     Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> columnMap = buildMappedColumnsMap(
2764             unaligned, aligned, unmapped);
2765     int width = columnMap.size();
2766     char gap = unaligned.getGapCharacter();
2767     int realignedCount = 0;
2768     // TODO: verify this loop scales sensibly for very wide/high alignments
2769
2770     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2771     {
2772       if (!unmapped.contains(seq))
2773       {
2774         char[] newSeq = new char[width];
2775         Arrays.fill(newSeq, gap); // JBPComment - doubt this is faster than the
2776                                   // Integer iteration below
2777         int newCol = 0;
2778         int lastCol = 0;
2779
2780         /*
2781          * traverse the map to find columns populated
2782          * by our sequence
2783          */
2784         for (Integer column : columnMap.keySet())
2785         {
2786           Character c = columnMap.get(column).get(seq);
2787           if (c != null)
2788           {
2789             /*
2790              * sequence has a character at this position
2791              * 
2792              */
2793             newSeq[newCol] = c;
2794             lastCol = newCol;
2795           }
2796           newCol++;
2797         }
2798
2799         /*
2800          * trim trailing gaps
2801          */
2802         if (lastCol < width)
2803         {
2804           char[] tmp = new char[lastCol + 1];
2805           System.arraycopy(newSeq, 0, tmp, 0, lastCol + 1);
2806           newSeq = tmp;
2807         }
2808         // TODO: optimise SequenceI to avoid char[]->String->char[]
2809         seq.setSequence(String.valueOf(newSeq));
2810         realignedCount++;
2811       }
2812     }
2813     return realignedCount;
2814   }
2815
2816   /**
2817    * If unaligned and aligned sequences share the same dataset sequences, then
2818    * simply copies the aligned sequences to the unaligned sequences and returns
2819    * true; else returns false
2820    * 
2821    * @param unaligned
2822    *          - sequences to be aligned based on aligned
2823    * @param aligned
2824    *          - 'guide' alignment containing sequences derived from same dataset
2825    *          as unaligned
2826    * @return
2827    */
2828   static boolean alignAsSameSequences(AlignmentI unaligned,
2829           AlignmentI aligned)
2830   {
2831     if (aligned.getDataset() == null || unaligned.getDataset() == null)
2832     {
2833       return false; // should only pass alignments with datasets here
2834     }
2835
2836     // map from dataset sequence to alignment sequence(s)
2837     Map<SequenceI, List<SequenceI>> alignedDatasets = new HashMap<SequenceI, List<SequenceI>>();
2838     for (SequenceI seq : aligned.getSequences())
2839     {
2840       SequenceI ds = seq.getDatasetSequence();
2841       if (alignedDatasets.get(ds) == null)
2842       {
2843         alignedDatasets.put(ds, new ArrayList<SequenceI>());
2844       }
2845       alignedDatasets.get(ds).add(seq);
2846     }
2847
2848     /*
2849      * first pass - check whether all sequences to be aligned share a dataset
2850      * sequence with an aligned sequence
2851      */
2852     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2853     {
2854       if (!alignedDatasets.containsKey(seq.getDatasetSequence()))
2855       {
2856         return false;
2857       }
2858     }
2859
2860     /*
2861      * second pass - copy aligned sequences;
2862      * heuristic rule: pair off sequences in order for the case where 
2863      * more than one shares the same dataset sequence 
2864      */
2865     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2866     {
2867       List<SequenceI> alignedSequences = alignedDatasets
2868               .get(seq.getDatasetSequence());
2869       // TODO: getSequenceAsString() will be deprecated in the future
2870       // TODO: need to leave to SequenceI implementor to update gaps
2871       seq.setSequence(alignedSequences.get(0).getSequenceAsString());
2872       if (alignedSequences.size() > 0)
2873       {
2874         // pop off aligned sequences (except the last one)
2875         alignedSequences.remove(0);
2876       }
2877     }
2878
2879     return true;
2880   }
2881
2882   /**
2883    * Returns a map whose key is alignment column number (base 1), and whose
2884    * values are a map of sequence characters in that column.
2885    * 
2886    * @param unaligned
2887    * @param aligned
2888    * @param unmapped
2889    * @return
2890    */
2891   static SortedMap<Integer, Map<SequenceI, Character>> buildMappedColumnsMap(
2892           AlignmentI unaligned, AlignmentI aligned,
2893           List<SequenceI> unmapped)
2894   {
2895     /*
2896      * Map will hold, for each aligned column position, a map of
2897      * {unalignedSequence, characterPerSequence} at that position.
2898      * TreeMap keeps the entries in ascending column order. 
2899      */
2900     SortedMap<Integer, Map<SequenceI, Character>> map = new TreeMap<Integer, Map<SequenceI, Character>>();
2901
2902     /*
2903      * record any sequences that have no mapping so can't be realigned
2904      */
2905     unmapped.addAll(unaligned.getSequences());
2906
2907     List<AlignedCodonFrame> mappings = aligned.getCodonFrames();
2908
2909     for (SequenceI seq : unaligned.getSequences())
2910     {
2911       for (AlignedCodonFrame mapping : mappings)
2912       {
2913         SequenceI fromSeq = mapping.findAlignedSequence(seq, aligned);
2914         if (fromSeq != null)
2915         {
2916           Mapping seqMap = mapping.getMappingBetween(fromSeq, seq);
2917           if (addMappedPositions(seq, fromSeq, seqMap, map))
2918           {
2919             unmapped.remove(seq);
2920           }
2921         }
2922       }
2923     }
2924     return map;
2925   }
2926
2927   /**
2928    * Helper method that adds to a map the mapped column positions of a sequence.
2929    * <br>
2930    * For example if aaTT-Tg-gAAA is mapped to TTTAAA then the map should record
2931    * that columns 3,4,6,10,11,12 map to characters T,T,T,A,A,A of the mapped to
2932    * sequence.
2933    * 
2934    * @param seq
2935    *          the sequence whose column positions we are recording
2936    * @param fromSeq
2937    *          a sequence that is mapped to the first sequence
2938    * @param seqMap
2939    *          the mapping from 'fromSeq' to 'seq'
2940    * @param map
2941    *          a map to add the column positions (in fromSeq) of the mapped
2942    *          positions of seq
2943    * @return
2944    */
2945   static boolean addMappedPositions(SequenceI seq, SequenceI fromSeq,
2946           Mapping seqMap, Map<Integer, Map<SequenceI, Character>> map)
2947   {
2948     if (seqMap == null)
2949     {
2950       return false;
2951     }
2952
2953     /*
2954      * invert mapping if it is from unaligned to aligned sequence
2955      */
2956     if (seqMap.getTo() == fromSeq.getDatasetSequence())
2957     {
2958       seqMap = new Mapping(seq.getDatasetSequence(),
2959               seqMap.getMap().getInverse());
2960     }
2961
2962     int toStart = seq.getStart();
2963
2964     /*
2965      * traverse [start, end, start, end...] ranges in fromSeq
2966      */
2967     for (int[] fromRange : seqMap.getMap().getFromRanges())
2968     {
2969       for (int i = 0; i < fromRange.length - 1; i += 2)
2970       {
2971         boolean forward = fromRange[i + 1] >= fromRange[i];
2972
2973         /*
2974          * find the range mapped to (sequence positions base 1)
2975          */
2976         int[] range = seqMap.locateMappedRange(fromRange[i],
2977                 fromRange[i + 1]);
2978         if (range == null)
2979         {
2980           System.err.println("Error in mapping " + seqMap + " from "
2981                   + fromSeq.getName());
2982           return false;
2983         }
2984         int fromCol = fromSeq.findIndex(fromRange[i]);
2985         int mappedCharPos = range[0];
2986
2987         /*
2988          * walk over the 'from' aligned sequence in forward or reverse
2989          * direction; when a non-gap is found, record the column position
2990          * of the next character of the mapped-to sequence; stop when all
2991          * the characters of the range have been counted
2992          */
2993         while (mappedCharPos <= range[1] && fromCol <= fromSeq.getLength()
2994                 && fromCol >= 0)
2995         {
2996           if (!Comparison.isGap(fromSeq.getCharAt(fromCol - 1)))
2997           {
2998             /*
2999              * mapped from sequence has a character in this column
3000              * record the column position for the mapped to character
3001              */
3002             Map<SequenceI, Character> seqsMap = map.get(fromCol);
3003             if (seqsMap == null)
3004             {
3005               seqsMap = new HashMap<SequenceI, Character>();
3006               map.put(fromCol, seqsMap);
3007             }
3008             seqsMap.put(seq, seq.getCharAt(mappedCharPos - toStart));
3009             mappedCharPos++;
3010           }
3011           fromCol += (forward ? 1 : -1);
3012         }
3013       }
3014     }
3015     return true;
3016   }
3017
3018   // strictly temporary hack until proper criteria for aligning protein to cds
3019   // are in place; this is so Ensembl -> fetch xrefs Uniprot aligns the Uniprot
3020   public static boolean looksLikeEnsembl(AlignmentI alignment)
3021   {
3022     for (SequenceI seq : alignment.getSequences())
3023     {
3024       String name = seq.getName();
3025       if (!name.startsWith("ENSG") && !name.startsWith("ENST"))
3026       {
3027         return false;
3028       }
3029     }
3030     return true;
3031   }
3032 }