Это возможно!
После некоторых экспериментов я придумал это решение:
{# index.html.twig #}
{% block title %}Hello world{% endblock%}
Обернуть глобальный макет в блок:
{# layout.html.twig #}
{% block layout %}
<html>
<head>
<title>{% block title %}{% endblock%}</title>
</head>
<html>
{% endblock %}
Передать дочерний шаблон ветке:
// index.php
...
$twig->display(array('template'=>'index.html.twig'));
...
Внедрить дочерний шаблон через прокси-шаблон:
{# proxy.twig #}
{% extends 'layout.html.twig' %}
{% block layout %}
{# Get extended block #}
{{ parent() }}
{# inject template into master layout #}
{% include template %}
{% endblock %}