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[jalview.git] / src / jalview / io / vcf / VCFLoader.java
index f4ce1a3..a44ee26 100644 (file)
@@ -1,6 +1,25 @@
+/*
+ * Jalview - A Sequence Alignment Editor and Viewer ($$Version-Rel$$)
+ * Copyright (C) $$Year-Rel$$ The Jalview Authors
+ * 
+ * This file is part of Jalview.
+ * 
+ * Jalview is free software: you can redistribute it and/or
+ * modify it under the terms of the GNU General Public License 
+ * as published by the Free Software Foundation, either version 3
+ * of the License, or (at your option) any later version.
+ *  
+ * Jalview is distributed in the hope that it will be useful, but 
+ * WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty 
+ * of MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR 
+ * PURPOSE.  See the GNU General Public License for more details.
+ * 
+ * You should have received a copy of the GNU General Public License
+ * along with Jalview.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
+ * The Jalview Authors are detailed in the 'AUTHORS' file.
+ */
 package jalview.io.vcf;
 
-import jalview.analysis.AlignmentUtils;
 import jalview.analysis.Dna;
 import jalview.api.AlignViewControllerGuiI;
 import jalview.bin.Cache;
@@ -20,14 +39,18 @@ import jalview.io.gff.SequenceOntologyI;
 import jalview.util.MapList;
 import jalview.util.MappingUtils;
 import jalview.util.MessageManager;
+import jalview.util.StringUtils;
 
 import java.io.File;
 import java.io.IOException;
 import java.util.ArrayList;
 import java.util.HashMap;
+import java.util.HashSet;
+import java.util.Iterator;
 import java.util.List;
 import java.util.Map;
 import java.util.Map.Entry;
+import java.util.Set;
 import java.util.regex.Pattern;
 import java.util.regex.PatternSyntaxException;
 
@@ -35,8 +58,10 @@ import htsjdk.samtools.SAMException;
 import htsjdk.samtools.SAMSequenceDictionary;
 import htsjdk.samtools.SAMSequenceRecord;
 import htsjdk.samtools.util.CloseableIterator;
+import htsjdk.tribble.TribbleException;
 import htsjdk.variant.variantcontext.Allele;
 import htsjdk.variant.variantcontext.VariantContext;
+import htsjdk.variant.vcf.VCFConstants;
 import htsjdk.variant.vcf.VCFHeader;
 import htsjdk.variant.vcf.VCFHeaderLine;
 import htsjdk.variant.vcf.VCFHeaderLineCount;
@@ -51,6 +76,21 @@ import htsjdk.variant.vcf.VCFInfoHeaderLine;
  */
 public class VCFLoader
 {
+  private static final String VCF_ENCODABLE = ":;=%,";
+
+  /*
+   * Jalview feature attributes for VCF fixed column data
+   */
+  private static final String VCF_POS = "POS";
+
+  private static final String VCF_ID = "ID";
+
+  private static final String VCF_QUAL = "QUAL";
+
+  private static final String VCF_FILTER = "FILTER";
+
+  private static final String NO_VALUE = VCFConstants.MISSING_VALUE_v4; // '.'
+
   private static final String DEFAULT_SPECIES = "homo_sapiens";
 
   /**
@@ -100,10 +140,12 @@ public class VCFLoader
    */
   private static final String VCF_ASSEMBLY = "VCF_ASSEMBLY";
 
-  private static final String DEFAULT_VCF_ASSEMBLY = "assembly19=GRCh38,hs37=GRCh37,grch37=GRCh37,grch38=GRCh38";
+  private static final String DEFAULT_VCF_ASSEMBLY = "assembly19=GRCh37,hs37=GRCh37,grch37=GRCh37,grch38=GRCh38";
 
   private static final String VCF_SPECIES = "VCF_SPECIES"; // default is human
 
+  private static final String DEFAULT_REFERENCE = "grch37"; // fallback default is human GRCh37
+
   /*
    * keys to fields of VEP CSQ consequence data
    * see https://www.ensembl.org/info/docs/tools/vep/vep_formats.html
@@ -207,6 +249,12 @@ public class VCFLoader
    */
   Map<Integer, String> vepFieldsOfInterest;
 
+  /*
+   * key:value for which rejected data has been seen
+   * (the error is logged only once for each combination)
+   */
+  private Set<String> badData;
+
   /**
    * Constructor given a VCF file
    * 
@@ -262,8 +310,13 @@ public class VCFLoader
    */
   public SequenceI loadVCFContig(String contig)
   {
-    String ref = header.getOtherHeaderLine(VCFHeader.REFERENCE_KEY)
-            .getValue();
+    VCFHeaderLine headerLine = header.getOtherHeaderLine(VCFHeader.REFERENCE_KEY);
+    if (headerLine == null)
+    {
+      Cache.log.error("VCF reference header not found");
+      return null;
+    }
+    String ref = headerLine.getValue();
     if (ref.startsWith("file://"))
     {
       ref = ref.substring(7);
@@ -282,7 +335,7 @@ public class VCFLoader
     }
     else
     {
-      System.err.println("VCF reference not found: " + ref);
+      Cache.log.error("VCF reference not found: " + ref);
     }
 
     return seq;
@@ -301,7 +354,7 @@ public class VCFLoader
     {
       VCFHeaderLine ref = header
               .getOtherHeaderLine(VCFHeader.REFERENCE_KEY);
-      String reference = ref.getValue();
+      String reference = ref == null ? null : ref.getValue();
 
       setSpeciesAndAssembly(reference);
 
@@ -373,7 +426,13 @@ public class VCFLoader
    */
   protected void setSpeciesAndAssembly(String reference)
   {
-    vcfSpecies = DEFAULT_SPECIES;
+    if (reference == null)
+    {
+      Cache.log.error("No VCF ##reference found, defaulting to "
+              + DEFAULT_REFERENCE + ":" + DEFAULT_SPECIES);
+      reference = DEFAULT_REFERENCE; // default to GRCh37 if not specified
+    }
+    reference = reference.toLowerCase();
 
     /*
      * for a non-human species, or other assembly identifier,
@@ -396,6 +455,7 @@ public class VCFLoader
       }
     }
 
+    vcfSpecies = DEFAULT_SPECIES;
     prop = Cache.getProperty(VCF_SPECIES);
     if (prop != null)
     {
@@ -640,7 +700,8 @@ public class VCFLoader
         /*
          * dna-to-peptide product mapping
          */
-        AlignmentUtils.computeProteinFeatures(seq, mapTo, map);
+        // JAL-3187 render on the fly instead
+        // AlignmentUtils.computeProteinFeatures(seq, mapTo, map);
       }
       else
       {
@@ -723,7 +784,7 @@ public class VCFLoader
     String species = seqCoords.getSpeciesId();
     String chromosome = seqCoords.getChromosomeId();
     String seqRef = seqCoords.getAssemblyId();
-    MapList map = seqCoords.getMap();
+    MapList map = seqCoords.getMapping();
 
     // note this requires the configured species to match that
     // returned with the Ensembl sequence; todo: support aliases?
@@ -803,40 +864,6 @@ public class VCFLoader
   }
 
   /**
-   * Answers true if the species inferred from the VCF reference identifier
-   * matches that for the sequence
-   * 
-   * @param vcfAssembly
-   * @param speciesId
-   * @return
-   */
-  boolean vcfSpeciesMatchesSequence(String vcfAssembly, String speciesId)
-  {
-    // PROBLEM 1
-    // there are many aliases for species - how to equate one with another?
-    // PROBLEM 2
-    // VCF ##reference header is an unstructured URI - how to extract species?
-    // perhaps check if ref includes any (Ensembl) alias of speciesId??
-    // TODO ask the user to confirm this??
-
-    if (vcfAssembly.contains("Homo_sapiens") // gnomAD exome data example
-            && "HOMO_SAPIENS".equals(speciesId)) // Ensembl species id
-    {
-      return true;
-    }
-
-    if (vcfAssembly.contains("c_elegans") // VEP VCF response example
-            && "CAENORHABDITIS_ELEGANS".equals(speciesId)) // Ensembl
-    {
-      return true;
-    }
-
-    // this is not a sustainable solution...
-
-    return false;
-  }
-
-  /**
    * Queries the VCF reader for any variants that overlap the mapped chromosome
    * ranges of the sequence, and adds as variant features. Returns the number of
    * overlapping variants found.
@@ -859,24 +886,35 @@ public class VCFLoader
     {
       int vcfStart = Math.min(range[0], range[1]);
       int vcfEnd = Math.max(range[0], range[1]);
-      CloseableIterator<VariantContext> variants = reader
-              .query(map.chromosome, vcfStart, vcfEnd);
-      while (variants.hasNext())
+      try
       {
-        VariantContext variant = variants.next();
+        CloseableIterator<VariantContext> variants = reader
+                .query(map.chromosome, vcfStart, vcfEnd);
+        while (variants.hasNext())
+        {
+          VariantContext variant = variants.next();
 
-        int[] featureRange = map.map.locateInFrom(variant.getStart(),
-                variant.getEnd());
+          int[] featureRange = map.map.locateInFrom(variant.getStart(),
+                  variant.getEnd());
 
-        if (featureRange != null)
-        {
-          int featureStart = Math.min(featureRange[0], featureRange[1]);
-          int featureEnd = Math.max(featureRange[0], featureRange[1]);
-          count += addAlleleFeatures(seq, variant, featureStart, featureEnd,
-                  forwardStrand);
+          if (featureRange != null)
+          {
+            int featureStart = Math.min(featureRange[0], featureRange[1]);
+            int featureEnd = Math.max(featureRange[0], featureRange[1]);
+            count += addAlleleFeatures(seq, variant, featureStart,
+                    featureEnd, forwardStrand);
+          }
         }
+        variants.close();
+      } catch (TribbleException e)
+      {
+        /*
+         * RuntimeException throwable by htsjdk
+         */
+        String msg = String.format("Error reading VCF for %s:%d-%d: %s ",
+                map.chromosome, vcfStart, vcfEnd);
+        Cache.log.error(msg);
       }
-      variants.close();
     }
 
     return count;
@@ -1006,7 +1044,20 @@ public class VCFLoader
             featureEnd, FEATURE_GROUP_VCF);
     sf.setSource(sourceId);
 
-    sf.setValue(Gff3Helper.ALLELES, alleles);
+    /*
+     * save the derived alleles as a named attribute; this will be
+     * needed when Jalview computes derived peptide variants
+     */
+    addFeatureAttribute(sf, Gff3Helper.ALLELES, alleles);
+
+    /*
+     * add selected VCF fixed column data as feature attributes
+     */
+    addFeatureAttribute(sf, VCF_POS, String.valueOf(variant.getStart()));
+    addFeatureAttribute(sf, VCF_ID, variant.getID());
+    addFeatureAttribute(sf, VCF_QUAL,
+            String.valueOf(variant.getPhredScaledQual()));
+    addFeatureAttribute(sf, VCF_FILTER, getFilter(variant));
 
     addAlleleProperties(variant, sf, altAlleleIndex, consequence);
 
@@ -1016,6 +1067,53 @@ public class VCFLoader
   }
 
   /**
+   * Answers the VCF FILTER value for the variant - or an approximation to it.
+   * This field is either PASS, or a semi-colon separated list of filters not
+   * passed. htsjdk saves filters as a HashSet, so the order when reassembled into
+   * a list may be different.
+   * 
+   * @param variant
+   * @return
+   */
+  String getFilter(VariantContext variant)
+  {
+    Set<String> filters = variant.getFilters();
+    if (filters.isEmpty())
+    {
+      return NO_VALUE;
+    }
+    Iterator<String> iterator = filters.iterator();
+    String first = iterator.next();
+    if (filters.size() == 1)
+    {
+      return first;
+    }
+
+    StringBuilder sb = new StringBuilder(first);
+    while (iterator.hasNext())
+    {
+      sb.append(";").append(iterator.next());
+    }
+
+    return sb.toString();
+  }
+
+  /**
+   * Adds one feature attribute unless the value is null, empty or '.'
+   * 
+   * @param sf
+   * @param key
+   * @param value
+   */
+  void addFeatureAttribute(SequenceFeature sf, String key, String value)
+  {
+    if (value != null && !value.isEmpty() && !NO_VALUE.equals(value))
+    {
+      sf.setValue(key, value);
+    }
+  }
+
+  /**
    * Determines the Sequence Ontology term to use for the variant feature type in
    * Jalview. The default is 'sequence_variant', but a more specific term is used
    * if:
@@ -1209,14 +1307,6 @@ public class VCFLoader
       }
 
       /*
-       * filter out fields we don't want to capture
-       */
-      if (!vcfFieldsOfInterest.contains(key))
-      {
-        continue;
-      }
-
-      /*
        * we extract values for other data which are allele-specific; 
        * these may be per alternate allele (INFO[key].Number = 'A') 
        * or per allele including reference (INFO[key].Number = 'R') 
@@ -1253,14 +1343,85 @@ public class VCFLoader
        * take the index'th value
        */
       String value = getAttributeValue(variant, key, index);
-      if (value != null)
+      if (value != null && isValid(variant, key, value))
       {
-        sf.setValue(key, value);
+        /*
+         * decode colon, semicolon, equals sign, percent sign, comma (only)
+         * as required by the VCF specification (para 1.2)
+         */
+        value = StringUtils.urlDecode(value, VCF_ENCODABLE);
+        addFeatureAttribute(sf, key, value);
       }
     }
   }
 
   /**
+   * Answers true for '.', null, or an empty value, or if the INFO type is String.
+   * If the INFO type is Integer or Float, answers false if the value is not in
+   * valid format.
+   * 
+   * @param variant
+   * @param infoId
+   * @param value
+   * @return
+   */
+  protected boolean isValid(VariantContext variant, String infoId,
+          String value)
+  {
+    if (value == null || value.isEmpty() || NO_VALUE.equals(value))
+    {
+      return true;
+    }
+    VCFInfoHeaderLine infoHeader = header.getInfoHeaderLine(infoId);
+    if (infoHeader == null)
+    {
+      Cache.log.error("Field " + infoId + " has no INFO header");
+      return false;
+    }
+    VCFHeaderLineType infoType = infoHeader.getType();
+    try
+    {
+      if (infoType == VCFHeaderLineType.Integer)
+      {
+        Integer.parseInt(value);
+      }
+      else if (infoType == VCFHeaderLineType.Float)
+      {
+        Float.parseFloat(value);
+      }
+    } catch (NumberFormatException e)
+    {
+      logInvalidValue(variant, infoId, value);
+      return false;
+    }
+    return true;
+  }
+
+  /**
+   * Logs an error message for malformed data; duplicate messages (same id and
+   * value) are not logged
+   * 
+   * @param variant
+   * @param infoId
+   * @param value
+   */
+  private void logInvalidValue(VariantContext variant, String infoId,
+          String value)
+  {
+    if (badData == null)
+    {
+      badData = new HashSet<>();
+    }
+    String token = infoId + ":" + value;
+    if (!badData.contains(token))
+    {
+      badData.add(token);
+      Cache.log.error(String.format("Invalid VCF data at %s:%d %s=%s",
+              variant.getContig(), variant.getStart(), infoId, value));
+    }
+  }
+
+  /**
    * Inspects CSQ data blocks (consequences) and adds attributes on the sequence
    * feature.
    * <p>
@@ -1308,6 +1469,11 @@ public class VCFLoader
             String id = vepFieldsOfInterest.get(i);
             if (id != null)
             {
+              /*
+               * VCF spec requires encoding of special characters e.g. '='
+               * so decode them here before storing
+               */
+              field = StringUtils.urlDecode(field, VCF_ENCODABLE);
               csqValues.put(id, field);
             }
           }