src/jalview/analysis/CrossRef.java

   1 /*
   2  * Jalview - A Sequence Alignment Editor and Viewer (Version 2.8.2b1)
   3  * Copyright (C) 2014 The Jalview Authors
   4  *
   5  * This file is part of Jalview.
   6  *
   7  * Jalview is free software: you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU General Public License
   9  * as published by the Free Software Foundation, either version 3
  10  * of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * Jalview is distributed in the hope that it will be useful, but
  13  * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty
  14  * of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR
  15  * PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU General Public License
  18  * along with Jalview.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19  * The Jalview Authors are detailed in the 'AUTHORS' file.
  20  */
  21 package jalview.analysis;
  22
  23 import java.util.Enumeration;
  24 import java.util.List;
  25 import java.util.Vector;
  26 import java.util.Hashtable;
  27
  28 import jalview.datamodel.AlignedCodonFrame;
  29 import jalview.datamodel.Alignment;
  30 import jalview.datamodel.AlignmentI;
  31 import jalview.datamodel.DBRefSource;
  32 import jalview.datamodel.DBRefEntry;
  33 import jalview.datamodel.Sequence;
  34 import jalview.datamodel.SequenceI;
  35 import jalview.ws.SequenceFetcher;
  36 import jalview.ws.seqfetcher.ASequenceFetcher;
  37
  38 /**
  39  * Functions for cross-referencing sequence databases. user must first specify
  40  * if cross-referencing from protein or dna (set dna==true)
  41  *
  42  * @author JimP
  43  *
  44  */
  45 public class CrossRef
  46 {
  47   /**
  48    * get the DNA or protein references for a protein or dna sequence
  49    *
  50    * @param dna
  51    * @param rfs
  52    * @return
  53    */
  54   public static DBRefEntry[] findXDbRefs(boolean dna, DBRefEntry[] rfs)
  55   {
  56     if (dna)
  57     {
  58       rfs = jalview.util.DBRefUtils.selectRefs(rfs, DBRefSource.PROTEINDBS);
  59     }
  60     else
  61     {
  62       rfs = jalview.util.DBRefUtils.selectRefs(rfs,
  63               DBRefSource.DNACODINGDBS); // could attempt to find other cross
  64       // refs and return here - ie PDB xrefs
  65       // (not dna, not protein seq)
  66     }
  67     return rfs;
  68   }
  69
  70   public static Hashtable classifyDbRefs(DBRefEntry[] rfs)
  71   {
  72     Hashtable classes = new Hashtable();
  73     classes.put(DBRefSource.PROTEINDBS,
  74             jalview.util.DBRefUtils.selectRefs(rfs, DBRefSource.PROTEINDBS));
  75     classes.put(DBRefSource.DNACODINGDBS, jalview.util.DBRefUtils
  76             .selectRefs(rfs, DBRefSource.DNACODINGDBS));
  77     classes.put(DBRefSource.DOMAINDBS,
  78             jalview.util.DBRefUtils.selectRefs(rfs, DBRefSource.DOMAINDBS));
  79     // classes.put(OTHER, )
  80     return classes;
  81   }
  82
  83   /**
  84    * @param dna
  85    *          true if seqs are DNA seqs
  86    * @param seqs
  87    * @return a list of sequence database cross reference source types
  88    */
  89   public static String[] findSequenceXrefTypes(boolean dna, SequenceI[] seqs)
  90   {
  91     return findSequenceXrefTypes(dna, seqs, null);
  92   }
  93
  94   /**
  95    * Indirect references are references from other sequences from the dataset to
  96    * any of the direct DBRefEntrys on the given sequences.
  97    *
  98    * @param dna
  99    *          true if seqs are DNA seqs
 100    * @param seqs
 101    * @return a list of sequence database cross reference source types
 102    */
 103   public static String[] findSequenceXrefTypes(boolean dna,
 104           SequenceI[] seqs, AlignmentI dataset)
 105   {
 106     String[] dbrefs = null;
 107     Vector refs = new Vector();
 108     for (int s = 0; s < seqs.length; s++)
 109     {
 110       if (seqs[s] != null)
 111       {
 112
 113         SequenceI dss = seqs[s];
 114         while (dss.getDatasetSequence() != null)
 115         {
 116           dss = dss.getDatasetSequence();
 117         }
 118         DBRefEntry[] rfs = findXDbRefs(dna, dss.getDBRef());
 119         for (int r = 0; rfs != null && r < rfs.length; r++)
 120         {
 121           if (!refs.contains(rfs[r].getSource()))
 122           {
 123             refs.addElement(rfs[r].getSource());
 124           }
 125         }
 126         if (dataset != null)
 127         {
 128           // search for references to this sequence's direct references.
 129           DBRefEntry[] lrfs = CrossRef
 130                   .findXDbRefs(!dna, seqs[s].getDBRef());
 131           Vector rseqs = new Vector();
 132           CrossRef.searchDatasetXrefs(seqs[s], !dna, lrfs, dataset, rseqs,
 133                   null); // don't need to specify codon frame for mapping here
 134           Enumeration lr = rseqs.elements();
 135           while (lr.hasMoreElements())
 136           {
 137             SequenceI rs = (SequenceI) lr.nextElement();
 138             DBRefEntry[] xrs = findXDbRefs(dna, rs.getDBRef());
 139             for (int r = 0; rfs != null && r < rfs.length; r++)
 140             {
 141               if (!refs.contains(rfs[r].getSource()))
 142               {
 143                 refs.addElement(rfs[r].getSource());
 144               }
 145             }
 146           }
 147         }
 148       }
 149     }
 150     if (refs.size() > 0)
 151     {
 152       dbrefs = new String[refs.size()];
 153       refs.copyInto(dbrefs);
 154     }
 155     return dbrefs;
 156   }
 157
 158   /*
 159    * if (dna) { if (rfs[r].hasMap()) { // most likely this is a protein cross
 160    * reference if (!refs.contains(rfs[r].getSource())) {
 161    * refs.addElement(rfs[r].getSource()); } } }
 162    */
 163   public static boolean hasCdnaMap(SequenceI[] seqs)
 164   {
 165     String[] reftypes = findSequenceXrefTypes(false, seqs);
 166     for (int s = 0; s < reftypes.length; s++)
 167     {
 168       if (reftypes.equals(DBRefSource.EMBLCDS))
 169       {
 170         return true;
 171         // no map
 172       }
 173     }
 174     return false;
 175   }
 176
 177   public static SequenceI[] getCdnaMap(SequenceI[] seqs)
 178   {
 179     Vector cseqs = new Vector();
 180     for (int s = 0; s < seqs.length; s++)
 181     {
 182       DBRefEntry[] cdna = findXDbRefs(true, seqs[s].getDBRef());
 183       for (int c = 0; c < cdna.length; c++)
 184       {
 185         if (cdna[c].getSource().equals(DBRefSource.EMBLCDS))
 186         {
 187           System.err
 188                   .println("TODO: unimplemented sequence retrieval for coding region sequence.");
 189           // TODO: retrieve CDS dataset sequences
 190           // need global dataset sequence retriever/resolver to reuse refs
 191           // and construct Mapping entry.
 192           // insert gaps in CDS according to peptide gaps.
 193           // add gapped sequence to cseqs
 194         }
 195       }
 196     }
 197     if (cseqs.size() > 0)
 198     {
 199       SequenceI[] rsqs = new SequenceI[cseqs.size()];
 200       cseqs.copyInto(rsqs);
 201       return rsqs;
 202     }
 203     return null;
 204
 205   }
 206
 207   /**
 208    *
 209    * @param dna
 210    * @param seqs
 211    * @return
 212    */
 213   public static Alignment findXrefSequences(SequenceI[] seqs, boolean dna,
 214           String source)
 215   {
 216     return findXrefSequences(seqs, dna, source, null);
 217   }
 218
 219   /**
 220    *
 221    * @param seqs
 222    * @param dna
 223    * @param source
 224    * @param dataset
 225    *          alignment to search for product sequences.
 226    * @return products (as dataset sequences)
 227    */
 228   public static Alignment findXrefSequences(SequenceI[] seqs, boolean dna,
 229           String source, AlignmentI dataset)
 230   {
 231     Vector rseqs = new Vector();
 232     Alignment ral = null;
 233     AlignedCodonFrame cf = new AlignedCodonFrame(0); // nominal width
 234     for (int s = 0; s < seqs.length; s++)
 235     {
 236       SequenceI dss = seqs[s];
 237       while (dss.getDatasetSequence() != null)
 238       {
 239         dss = dss.getDatasetSequence();
 240       }
 241       boolean found = false;
 242       DBRefEntry[] xrfs = CrossRef.findXDbRefs(dna, dss.getDBRef());
 243       if ((xrfs == null || xrfs.length == 0) && dataset != null)
 244       {
 245         System.out.println("Attempting to find ds Xrefs refs.");
 246         DBRefEntry[] lrfs = CrossRef.findXDbRefs(!dna, seqs[s].getDBRef()); // less
 247         // ambiguous
 248         // would
 249         // be a
 250         // 'find
 251         // primary
 252         // dbRefEntry'
 253         // method.
 254         // filter for desired source xref here
 255         found = CrossRef.searchDatasetXrefs(dss, !dna, lrfs, dataset,
 256                 rseqs, cf);
 257       }
 258       for (int r = 0; xrfs != null && r < xrfs.length; r++)
 259       {
 260         if (source != null && !source.equals(xrfs[r].getSource()))
 261           continue;
 262         if (xrfs[r].hasMap())
 263         {
 264           if (xrfs[r].getMap().getTo() != null)
 265           {
 266             Sequence rsq = new Sequence(xrfs[r].getMap().getTo());
 267             rseqs.addElement(rsq);
 268             if (xrfs[r].getMap().getMap().getFromRatio() != xrfs[r]
 269                     .getMap().getMap().getToRatio())
 270             {
 271               // get sense of map correct for adding to product alignment.
 272               if (dna)
 273               {
 274                 // map is from dna seq to a protein product
 275                 cf.addMap(dss, rsq, xrfs[r].getMap().getMap());
 276               }
 277               else
 278               {
 279                 // map should be from protein seq to its coding dna
 280                 cf.addMap(rsq, dss, xrfs[r].getMap().getMap().getInverse());
 281               }
 282             }
 283             found = true;
 284           }
 285         }
 286         if (!found)
 287         {
 288           // do a bit more work - search for sequences with references matching
 289           // xrefs on this sequence.
 290           if (dataset != null)
 291           {
 292             found |= searchDataset(dss, xrfs[r], dataset, rseqs, cf); // ,false,!dna);
 293             if (found)
 294               xrfs[r] = null; // we've recovered seqs for this one.
 295           }
 296         }
 297       }
 298       if (!found)
 299       {
 300         if (xrfs != null && xrfs.length > 0)
 301         {
 302           // Try and get the sequence reference...
 303           /*
 304            * Ideal world - we ask for a sequence fetcher implementation here if
 305            * (jalview.io.RunTimeEnvironment.getSequenceFetcher()) (
 306            */
 307           ASequenceFetcher sftch = new SequenceFetcher();
 308           SequenceI[] retrieved = null;
 309           int l = xrfs.length;
 310           for (int r = 0; r < xrfs.length; r++)
 311           {
 312             // filter out any irrelevant or irretrievable references
 313             if (xrfs[r] == null
 314                     || ((source != null && !source.equals(xrfs[r]
 315                             .getSource())) || !sftch.isFetchable(xrfs[r]
 316                             .getSource())))
 317             {
 318               l--;
 319               xrfs[r] = null;
 320             }
 321           }
 322           if (l > 0)
 323           {
 324             System.out
 325                     .println("Attempting to retrieve cross referenced sequences.");
 326             DBRefEntry[] t = new DBRefEntry[l];
 327             l = 0;
 328             for (int r = 0; r < xrfs.length; r++)
 329             {
 330               if (xrfs[r] != null)
 331                 t[l++] = xrfs[r];
 332             }
 333             xrfs = t;
 334             try
 335             {
 336               retrieved = sftch.getSequences(xrfs); // problem here is we don't
 337               // know which of xrfs
 338               // resulted in which
 339               // retrieved element
 340             } catch (Exception e)
 341             {
 342               System.err
 343                       .println("Problem whilst retrieving cross references for Sequence : "
 344                               + seqs[s].getName());
 345               e.printStackTrace();
 346             }
 347             if (retrieved != null)
 348             {
 349               for (int rs = 0; rs < retrieved.length; rs++)
 350               {
 351                 // TODO: examine each sequence for 'redundancy'
 352                 jalview.datamodel.DBRefEntry[] dbr = retrieved[rs]
 353                         .getDBRef();
 354                 if (dbr != null && dbr.length > 0)
 355                 {
 356                   for (int di = 0; di < dbr.length; di++)
 357                   {
 358                     // find any entry where we should put in the sequence being
 359                     // cross-referenced into the map
 360                     jalview.datamodel.Mapping map = dbr[di].getMap();
 361                     if (map != null)
 362                     {
 363                       if (map.getTo() != null && map.getMap() != null)
 364                       {
 365                         // should search the local dataset to find any existing
 366                         // candidates for To !
 367                         try
 368                         {
 369                           // compare ms with dss and replace with dss in mapping
 370                           // if map is congruent
 371                           SequenceI ms = map.getTo();
 372                           int sf = map.getMap().getToLowest();
 373                           int st = map.getMap().getToHighest();
 374                           SequenceI mappedrg = ms.getSubSequence(sf, st);
 375                           SequenceI loc = dss.getSubSequence(sf, st);
 376                           if (mappedrg.getLength() > 0
 377                                   && mappedrg.getSequenceAsString().equals(
 378                                           loc.getSequenceAsString()))
 379                           {
 380                             System.err
 381                                     .println("Mapping updated for retrieved crossreference");
 382                             // method to update all refs of existing To on
 383                             // retrieved sequence with dss and merge any props
 384                             // on To onto dss.
 385                             map.setTo(dss);
 386                           }
 387                         } catch (Exception e)
 388                         {
 389                           System.err
 390                                   .println("Exception when consolidating Mapped sequence set...");
 391                           e.printStackTrace(System.err);
 392                         }
 393                       }
 394                     }
 395                   }
 396                 }
 397                 retrieved[rs].updatePDBIds();
 398                 rseqs.addElement(retrieved[rs]);
 399               }
 400             }
 401           }
 402         }
 403       }
 404     }
 405     if (rseqs.size() > 0)
 406     {
 407       SequenceI[] rsqs = new SequenceI[rseqs.size()];
 408       rseqs.copyInto(rsqs);
 409       ral = new Alignment(rsqs);
 410       if (cf != null && cf.getProtMappings() != null)
 411       {
 412         ral.addCodonFrame(cf);
 413       }
 414     }
 415     return ral;
 416   }
 417
 418   /**
 419    * find references to lrfs in the cross-reference set of each sequence in
 420    * dataset (that is not equal to sequenceI) Identifies matching DBRefEntry
 421    * based on source and accession string only - Map and Version are nulled.
 422    *
 423    * @param sequenceI
 424    * @param lrfs
 425    * @param dataset
 426    * @param rseqs
 427    * @return true if matches were found.
 428    */
 429   private static boolean searchDatasetXrefs(SequenceI sequenceI,
 430           boolean dna, DBRefEntry[] lrfs, AlignmentI dataset, Vector rseqs,
 431           AlignedCodonFrame cf)
 432   {
 433     boolean found = false;
 434     if (lrfs == null)
 435       return false;
 436     for (int i = 0; i < lrfs.length; i++)
 437     {
 438       DBRefEntry xref = new DBRefEntry(lrfs[i]);
 439       // add in wildcards
 440       xref.setVersion(null);
 441       xref.setMap(null);
 442       found = searchDataset(sequenceI, xref, dataset, rseqs, cf, false, dna);
 443     }
 444     return found;
 445   }
 446
 447   /**
 448    * search a given sequence dataset for references matching cross-references to
 449    * the given sequence
 450    *
 451    * @param sequenceI
 452    * @param xrf
 453    * @param dataset
 454    * @param rseqs
 455    *          set of unique sequences
 456    * @param cf
 457    * @return true if one or more unique sequences were found and added
 458    */
 459   public static boolean searchDataset(SequenceI sequenceI, DBRefEntry xrf,
 460           AlignmentI dataset, Vector rseqs, AlignedCodonFrame cf)
 461   {
 462     return searchDataset(sequenceI, xrf, dataset, rseqs, cf, true, false);
 463   }
 464
 465   /**
 466    * TODO: generalise to different protein classifications Search dataset for
 467    * DBRefEntrys matching the given one (xrf) and add the associated sequence to
 468    * rseq.
 469    *
 470    * @param sequenceI
 471    * @param xrf
 472    * @param dataset
 473    * @param rseqs
 474    * @param direct
 475    *          - search all references or only subset
 476    * @param dna
 477    *          search dna or protein xrefs (if direct=false)
 478    * @return true if relationship found and sequence added.
 479    */
 480   public static boolean searchDataset(SequenceI sequenceI, DBRefEntry xrf,
 481           AlignmentI dataset, Vector rseqs, AlignedCodonFrame cf,
 482           boolean direct, boolean dna)
 483   {
 484     boolean found = false;
 485     SequenceI[] typer = new SequenceI[1];
 486     if (dataset == null)
 487       return false;
 488     if (dataset.getSequences() == null)
 489     {
 490       System.err.println("Empty dataset sequence set - NO VECTOR");
 491       return false;
 492     }
 493     List<SequenceI> ds;
 494     synchronized (ds = dataset.getSequences())
 495     {
 496       for (SequenceI nxt : ds)
 497         if (nxt != null)
 498         {
 499           if (nxt.getDatasetSequence() != null)
 500           {
 501             System.err
 502                     .println("Implementation warning: getProducts passed a dataset alignment without dataset sequences in it!");
 503           }
 504           if (nxt != sequenceI && nxt != sequenceI.getDatasetSequence())
 505           {
 506             // check if this is the correct sequence type
 507             {
 508               typer[0] = nxt;
 509               boolean isDna = jalview.util.Comparison.isNucleotide(typer);
 510               if ((direct && isDna == dna) || (!direct && isDna != dna))
 511               {
 512                 // skip this sequence because it is same molecule type
 513                 continue;
 514               }
 515             }
 516
 517             // look for direct or indirect references in common
 518             DBRefEntry[] poss = nxt.getDBRef(), cands = null;
 519             if (direct)
 520             {
 521               cands = jalview.util.DBRefUtils.searchRefs(poss, xrf);
 522             }
 523             else
 524             {
 525               poss = CrossRef.findXDbRefs(dna, poss); //
 526               cands = jalview.util.DBRefUtils.searchRefs(poss, xrf);
 527             }
 528             if (cands != null)
 529             {
 530               if (!rseqs.contains(nxt))
 531               {
 532                 rseqs.addElement(nxt);
 533                 boolean foundmap = cf != null; // don't search if we aren't
 534                                                // given
 535                 // a codon map object
 536                 for (int r = 0; foundmap && r < cands.length; r++)
 537                 {
 538                   if (cands[r].hasMap())
 539                   {
 540                     if (cands[r].getMap().getTo() != null
 541                             && cands[r].getMap().getMap().getFromRatio() != cands[r]
 542                                     .getMap().getMap().getToRatio())
 543                     {
 544                       foundmap = true;
 545                       // get sense of map correct for adding to product
 546                       // alignment.
 547                       if (dna)
 548                       {
 549                         // map is from dna seq to a protein product
 550                         cf.addMap(sequenceI, nxt, cands[r].getMap()
 551                                 .getMap());
 552                       }
 553                       else
 554                       {
 555                         // map should be from protein seq to its coding dna
 556                         cf.addMap(nxt, sequenceI, cands[r].getMap()
 557                                 .getMap().getInverse());
 558                       }
 559                     }
 560                   }
 561                 }
 562                 // TODO: add mapping between sequences if necessary
 563                 found = true;
 564               }
 565             }
 566
 567           }
 568         }
 569     }
 570     return found;
 571   }
 572
 573   /**
 574    * precalculate different products that can be found for seqs in dataset and
 575    * return them.
 576    *
 577    * @param dna
 578    * @param seqs
 579    * @param dataset
 580    * @param fake
 581    *          - don't actually build lists - just get types
 582    * @return public static Object[] buildXProductsList(boolean dna, SequenceI[]
 583    *         seqs, AlignmentI dataset, boolean fake) { String types[] =
 584    *         jalview.analysis.CrossRef.findSequenceXrefTypes( dna, seqs,
 585    *         dataset); if (types != null) { System.out.println("Xref Types for:
 586    *         "+(dna ? "dna" : "prot")); for (int t = 0; t < types.length; t++) {
 587    *         System.out.println("Type: " + types[t]); SequenceI[] prod =
 588    *         jalview.analysis.CrossRef.findXrefSequences(seqs, dna, types[t]);
 589    *         System.out.println("Found " + ((prod == null) ? "no" : "" +
 590    *         prod.length) + " products"); if (prod!=null) { for (int p=0;
 591    *         p<prod.length; p++) { System.out.println("Prod "+p+":
 592    *         "+prod[p].getDisplayId(true)); } } } } else {
 593    *         System.out.println("Trying getProducts for
 594    *         "+al.getSequenceAt(0).getDisplayId(true));
 595    *         System.out.println("Search DS Xref for: "+(dna ? "dna" : "prot"));
 596    *         // have a bash at finding the products amongst all the retrieved
 597    *         sequences. SequenceI[] prod =
 598    *         jalview.analysis.CrossRef.findXrefSequences(al
 599    *         .getSequencesArray(), dna, null, ds); System.out.println("Found " +
 600    *         ((prod == null) ? "no" : "" + prod.length) + " products"); if
 601    *         (prod!=null) { // select non-equivalent sequences from dataset list
 602    *         for (int p=0; p<prod.length; p++) { System.out.println("Prod "+p+":
 603    *         "+prod[p].getDisplayId(true)); } } } }
 604    */
 605 }