Công nghệ này dựa trên hiện tượng apomixis - cơ chế sinh sản vô tính qua hạt vốn đã được biết đến ở hơn 300 loài thực vật, song chưa từng thấy ở các cây lương thực chủ lực. Sau nhiều thập kỷ nghiên cứu, các nhà khoa học tin rằng apomixis có thể “cố định” ưu thế lai, tức hiệu quả vượt trội khi hai giống bố mẹ được lai tạo. Nhờ đó, nông dân sẽ có nguồn hạt lai năng suất cao, ổn định qua nhiều vụ, thay vì phải mua giống mới mỗi năm.
Các thí nghiệm bước ngoặt bắt đầu từ thập niên 1990, khi nhà sinh lý học thực vật Anna Koltunow tại Đại học Queensland khởi động dự án Hy-Gain nhằm đưa apomixis vào cao lương và đậu mắt đen. Nỗ lực này được Quỹ Gates và tập đoàn hạt giống Corteva Agriscience hậu thuẫn, hướng tới cả nông hộ nhỏ ở châu Phi hạ Sahara lẫn các thị trường nông nghiệp quy mô lớn.
Đột phá kỹ thuật đạt được khi các nhóm nghiên cứu tách bạch hai điều kiện của apomixis: làm trệch quá trình giảm phân để tế bào trứng và tế bào tinh đều mang bộ nhiễm sắc thể nguyên vẹn, và kích hoạt hiện tượng trinh sinh, tức hình thành phôi mà không cần thụ tinh. Những thí nghiệm trên Arabidopsis, lúa, cà chua và ngô đã chứng minh điều này khả thi, đặc biệt khi kết hợp đột biến “MiMe” (nguyên phân thay vì giảm phân) với gen BABY BOOM - tác nhân kích hoạt sự phát triển phôi. Ở lúa, tỷ lệ hạt nhân bản có lúc vượt quá 95%. Gần đây, các nhà khoa học Trung Quốc còn cải thiện hiệu quả sinh sản, đưa công nghệ tiến sát thương mại hóa.
Ngoài lúa và cao lương, các nhóm nghiên cứu tại châu Âu và Mỹ đang tìm kiếm những gen apomixis khác, chẳng hạn gen PARTHENOGENESIS (PAR) ở bồ công anh hay các yếu tố trong táo và mâm xôi, với hy vọng mở rộng kỹ thuật ra nhiều loại rau quả và cây công nghiệp. Tuy nhiên, chưa có giống cây apomixis tổng hợp nào vượt qua toàn bộ quy trình thử nghiệm đồng ruộng nhiều mùa và khâu phê duyệt thương mại.
Dù còn rào cản, giới chuyên gia tin rằng apomixis có thể trở thành “công cụ in Gutenberg” của nông nghiệp: mở ra sự đa dạng giống lai chưa từng có, được tùy chỉnh cho điều kiện khí hậu địa phương từ châu Phi đến châu Á. Với những nông dân ít vốn, đây có thể là cơ hội lần đầu tiếp cận giống lai năng suất cao mà không phải phụ thuộc vào thị trường hạt giống đắt đỏ.
